KR20200084845A - Light receiving element, ranging module, and electronic apparatus - Google Patents

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코지 네야
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

The present invention can improve characteristics. A light receiving element includes: an on-chip lens; a wiring layer; and a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer. The semiconductor layer includes: a photo diode; a first transfer transistor transferring a charge generated by the photo diode to a first charge storage unit; a second transfer transistor transferring the charge generated by the photo diode to a second charge storage unit; and an inter-pixel separation unit separating the semiconductor layers of adjacent pixels from each other with respect to at least a part of the semiconductor layer in a depth direction. The wiring layer has at least one layer including a light blocking member, and the light blocking member is disposed to overlap with the photodiode in a plan view. For example, the present technology can be applied to the light receiving element or the like outputting ranging information by an indirect ToF method.

Description

수광 소자, 거리측정 모듈, 및, 전자 기기{LIGHT RECEIVING ELEMENT, RANGING MODULE, AND ELECTRONIC APPARATUS}Light-receiving element, distance measuring module, and electronic device {LIGHT RECEIVING ELEMENT, RANGING MODULE, AND ELECTRONIC APPARATUS}

본 기술은, 수광 소자, 거리측정 모듈, 및, 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 특성을 향상시킬 수 있도록 한 수광 소자, 거리측정 모듈, 및, 전자 기기에 관한 것이다.The present technology relates to a light-receiving element, a distance measuring module, and an electronic device, and more particularly, to a light-receiving element, a distance measuring module, and an electronic device capable of improving characteristics.

종래, 간접 ToF(Time of Flight) 방식을 이용한 거리측정 시스템이 알려져 있다. 이와 같은 거리측정 시스템에서는, 어느 위상으로 LED(Light Emitting Diode)나 레이저를 이용하여 조사된 액티브광이 대상물에 닿아 반사한 광을 수광함으로써 얻어지는 신호 전하를 고속으로 다른 영역에 배분할 수 있는 센서가 필요 불가결하다.Conventionally, a distance measurement system using an indirect time of flight (ToF) method is known. In such a distance measurement system, a sensor capable of rapidly distributing signal charges obtained by receiving light reflected by an active light irradiated using an LED (Light Emitting Diode) or a laser to a target object in a certain phase and to be distributed to other areas is required. Indispensable

그래서, 예를 들면 센서의 기판에 직접 전압을 인가하여 기판 내에 전류를 발생시킴으로써, 기판 내의 광범위한 영역을 고속으로 변조할 수 있도록 한 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이와 같은 센서는, CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator) 센서라고도 불리고 있다.Therefore, a technique is proposed in which a wide range of areas in a substrate can be modulated at high speed by, for example, applying a voltage directly to the substrate of the sensor to generate a current in the substrate (see, for example, Patent Document 1). Such a sensor is also called a CAPD (Current Assisted Photonic Demodulator) sensor.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2011-86904호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Publication No. 2011-86904

그렇지만, 상술한 기술에서는 충분한 특성의 CAPD 센서를 얻는 것은 곤란하였다.However, in the above-described technique, it was difficult to obtain a CAPD sensor with sufficient characteristics.

예를 들면 상술한 CAPD 센서는, 기판에서의 외부로부터의 광을 수광하는 측의 면에 배선 등이 배치된 표면 조사형의 센서로 되어 있다.For example, the above-described CAPD sensor is a surface-irradiation type sensor in which wiring or the like is disposed on the side of the substrate that receives light from the outside.

광전변환 영역의 확보를 위해 PD(Photodiode), 즉 광전변환부의 수광면측에는 배선 등, 입사하여 오는 광의 광로를 차단하는 것이 없는 것이 바람직하다. 그러나, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 구조에 따라서는 PD의 수광면측에 전하 추출용의 배선이나 각종 제어선, 신호선을 배치하지 않을 수가 없는 것이 있어서, 광전변환 영역이 제한되어 버린다. 즉, 충분한 광전변환 영역을 확보할 수가 없어서, 화소 감도 등의 특성이 저하되어 버리는 일이 있다.In order to secure the photoelectric conversion region, it is preferable that there is no blocking of an optical path of incident light, such as wiring, on the light-receiving surface side of the photodiode (PD), that is, the photoelectric conversion unit. However, in the CAPD sensor of the surface irradiation type, depending on the structure, it is necessary to arrange the wiring for charge extraction, various control lines, and signal lines on the light-receiving surface side of the PD, and the photoelectric conversion region is limited. That is, sufficient photoelectric conversion region cannot be secured, and characteristics such as pixel sensitivity may deteriorate.

또한, 외광이 있는 장소에서 CAPD 센서를 사용하는 것을 생각한 경우, 외광 성분은 액티브광을 이용하여 거리측정을 행하는 간접 ToF 방식에서는 노이즈 성분으로 되기 때문에, 충분한 SN비(Signal to Noise ratio)를 확보하여 거리 정보를 얻기 위해서는, 충분한 포화 신호량(Qs)을 확보할 필요가 있다. 그러나, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 배선 레이아웃에 제한이 있기 때문에, 용량을 확보하기 위해 추가의 트랜지스터를 마련하는 등, 배선 용량 이외의 수법을 이용하는 궁리가 필요하였다.In addition, when considering using a CAPD sensor in a place where there is external light, since the external light component becomes a noise component in an indirect ToF method in which distance measurement is performed using active light, a sufficient signal to noise ratio (SN ratio) is secured. In order to obtain the distance information, it is necessary to secure a sufficient saturation signal amount Qs. However, in the CAPD sensor of the surface irradiation type, since the wiring layout is limited, it is necessary to devise a method using a method other than the wiring capacity, such as providing an additional transistor to secure the capacity.

광원으로는, 태양광의 창(窓)에 상당하는 파장 940㎚ 부근의 근적외선을 사용하는 케이스가 많다. 근적외선은, 반도체층인 실리콘의 흡수 계수가 낮아서 양자 효율이 낮기 때문에, 광전변환 영역이 되는 실리콘의 막두께를 두껍게 할 필요가 있다. 실리콘이 두꺼운 경우에는, 광전변환한 전하가 전하를 흡인하기 위한 전극에 도달할 때까지의 시간이 걸리기 때문에, 배분이 전환된 후에, 전극에 도달하여, 오신호(誤信號)가 되는 일이 있다. 그 결과, 거리측정 정밀도가 악화하여 버릴 가능성이 있다. 즉, 센서의 특성이 저하되어 버릴 가능성이 있다.As a light source, there are many cases in which near-infrared rays near the wavelength of 940 nm corresponding to the window of sunlight are used. Since near-infrared light has a low absorption coefficient of silicon, which is a semiconductor layer, and has low quantum efficiency, it is necessary to increase the film thickness of silicon that becomes a photoelectric conversion region. When the silicon is thick, it takes time for the photoelectrically converted charge to reach the electrode for sucking the charge, and after the distribution is switched, the electrode may reach the electrode, resulting in an erroneous signal. As a result, the accuracy of distance measurement may deteriorate. That is, there is a possibility that the characteristics of the sensor are deteriorated.

본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이고, ToF 센서의 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.The present technology was made in view of such a situation, and is intended to improve the characteristics of the ToF sensor.

본 기술의 제1의 측면의 수광 소자는,The light receiving element of the first aspect of the present technology,

온 칩 렌즈와,On-chip lens,

배선층과,Wiring layer,

상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,And a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer,

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

포토 다이오드와,A photodiode,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first charge accumulation unit,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와,A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second charge accumulation unit,

상기 반도체층의 깊이 방향의 적어도 일부에 관해, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부를 구비하고,And at least part of the depth direction of the semiconductor layer, an inter-pixel separation unit for separating the semiconductor layer between adjacent pixels,

상기 배선층은, 차광 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,The wiring layer has at least one layer having a light blocking member,

상기 차광 부재는, 평면시(平面視)에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있다.The said light blocking member is provided so that it may overlap with the said photodiode in planar view.

본 기술의 제1의 측면에서는, 온 칩 렌즈와, 배선층과, 상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층이 마련되고, 상기 반도체층에는, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와, 상기 반도체층의 깊이 방향의 적어도 일부에 관해, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부가 마련되고, 상기 배선층에는, 차광 부재를 구비하는 1층이 적어도 마련되고, 상기 차광 부재는, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있다.In a first aspect of the present technology, an on-chip lens, a wiring layer, and a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer are provided, wherein the semiconductor layer includes a photodiode and charge generated by the photodiode. A first transfer transistor for transferring the first charge accumulation to a first charge accumulation portion, a second transfer transistor for transferring the charge generated in the photodiode to a second charge accumulation portion, and at least a portion of the depth direction of the semiconductor layer Regarding, an inter-pixel separation portion for separating the semiconductor layer between adjacent pixels is provided, at least one layer having a light blocking member is provided on the wiring layer, and the light blocking member overlaps the photodiode in plan view It is prepared to be.

본 기술의 제2의 측면의 거리측정 모듈은,The distance measuring module of the second aspect of the present technology,

온 칩 렌즈와,On-chip lens,

배선층과,Wiring layer,

상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,And a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer,

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

포토 다이오드와,A photodiode,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first charge accumulation unit,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와,A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second charge accumulation unit,

상기 반도체층의 적어도 일부의 깊이로, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부를 구비하고,And an inter-pixel separation unit separating the semiconductor layer between adjacent pixels to a depth of at least a portion of the semiconductor layer.

상기 배선층은, 차광 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,The wiring layer has at least one layer having a light blocking member,

상기 차광 부재는, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자와,The light blocking member includes a light receiving element provided to overlap the photodiode in plan view,

주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 조사하는 광원과,A light source that periodically irradiates light with fluctuating brightness,

상기 조사광의 조사 타이밍을 제어하는 발광 제어부를 구비한다.And a light emission control unit that controls the irradiation timing of the irradiation light.

본 기술의 제2의 측면에서는, 온 칩 렌즈와, 배선층과, 상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층이 마련되고, 상기 반도체층에는, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와, 상기 반도체층의 적어도 일부의 깊이로, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부가 마련되고, 상기 배선층에는, 차광 부재를 구비하는 1층이 적어도 마련되고, 상기 차광 부재가, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자와, 주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 조사하는 광원과, 상기 조사광의 조사 타이밍을 제어하는 발광 제어부가 마련되어 있다.In the second aspect of the present technology, an on-chip lens, a wiring layer, and a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer are provided, wherein the semiconductor layer includes a photodiode and charge generated by the photodiode. To a first transfer transistor that transfers a first charge accumulation portion to a first transfer transistor, a second transfer transistor that transfers charge generated by the photodiode to a second charge accumulation portion, and at least a portion of the depth of the semiconductor layer. , An inter-pixel separation unit for separating the semiconductor layer between adjacent pixels is provided, the wiring layer is provided with at least one layer having a light blocking member, and the light blocking member is provided so as to overlap the photodiode in plan view. There is provided a light receiving element, a light source for irradiating irradiated light whose brightness periodically changes, and a light emitting control unit for controlling the irradiation timing of the irradiated light.

본 기술의 제3의 측면의 전자 기기는,The electronic device of the third aspect of the present technology,

온 칩 렌즈와,On-chip lens,

배선층과,Wiring layer,

상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,And a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer,

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

포토 다이오드와,A photodiode,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first charge accumulation unit,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와,A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second charge accumulation unit,

상기 반도체층의 적어도 일부의 깊이로, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부를 구비하고,And an inter-pixel separation unit separating the semiconductor layer between adjacent pixels to a depth of at least a portion of the semiconductor layer.

상기 배선층은, 차광 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,The wiring layer has at least one layer having a light blocking member,

상기 차광 부재는, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자와,The light blocking member includes a light receiving element provided to overlap the photodiode in plan view,

주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 조사하는 광원과,A light source that periodically irradiates light with fluctuating brightness,

상기 조사광의 조사 타이밍을 제어하는 발광 제어부를 구비하는 거리측정 모듈을 구비한다.It has a distance measuring module having a light emitting control unit for controlling the irradiation timing of the irradiation light.

본 기술의 제3의 측면에서는, 온 칩 렌즈와, 배선층과, 상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층이 마련되고, 상기 반도체층에는, 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와, 상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와, 상기 반도체층의 적어도 일부의 깊이로, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부가 마련되고, 상기 배선층에는, 차광 부재를 구비하는 1층이 적어도 마련되고, 상기 차광 부재가, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자와, 주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 조사하는 광원과, 상기 조사광의 조사 타이밍을 제어하는 발광 제어부를 구비하는 거리측정 모듈이 마련되어 있다.In a third aspect of the present technology, an on-chip lens, a wiring layer, and a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer are provided, wherein the semiconductor layer includes a photodiode and charge generated by the photodiode. To a first transfer transistor that transfers a first charge accumulation portion to a first transfer transistor, a second transfer transistor that transfers charge generated by the photodiode to a second charge accumulation portion, and at least a portion of the depth of the semiconductor layer. , An inter-pixel separation unit for separating the semiconductor layer between adjacent pixels is provided, the wiring layer is provided with at least one layer having a light blocking member, and the light blocking member is provided so as to overlap the photodiode in plan view. A distance measuring module is provided that includes a light receiving element, a light source that irradiates irradiated light whose brightness periodically changes, and a light emitting control unit that controls the irradiation timing of the irradiated light.

본 기술의 제1 내지 제3의 측면에 의하면, 특성을 향상시킬 수 있다.According to the first to third aspects of the present technology, characteristics can be improved.

또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.In addition, the effects described herein are not necessarily limited, and any of the effects described in the present disclosure may be used.

도 1은 본 기술을 적용한 수광 소자의 개략 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 화소의 제1 구성례를 도시하는 단면도.
도 3은 도 2의 화소의 회로 구성례를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 화소 회로의 배치례를 도시하는 평면도.
도 5는 도 2의 화소의 기타의 회로 구성례를 도시하는 도면.
도 6은 도 5의 화소 회로의 배치례를 도시하는 평면도.
도 7은 이면 조사형의 효과를 설명하는 도면.
도 8은 이면 조사형의 효과를 설명하는 도면.
도 9는 이면 조사형의 효과를 설명하는 도면.
도 10은 이면 조사형의 효과를 설명하는 도면.
도 11은 이면 조사형의 효과를 설명하는 도면.
도 12는 화소의 제2 구성례를 도시하는 단면도.
도 13은 화소의 제3 구성례를 도시하는 단면도.
도 14는 화소의 제4 구성례를 도시하는 단면도.
도 15는 화소의 제5 구성례를 도시하는 단면도.
도 16은 모스아이 구조의 구성례를 도시하는 사시도.
도 17은 모스아이 구조의 기타의 구성례를 도시하는 사시도.
도 18은 모스아이 구조의 또한 기타의 구성례를 도시하는 사시도.
도 19는 화소의 제6 구성례를 도시하는 단면도.
도 20은 제6 구성례의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 21은 4탭의 화소 구성례를 도시하는 도면.
도 22는 본 기술을 적용한 거리측정 모듈의 구성례를 도시하는 블록도.
도 23은 본 기술을 적용한 전자 기기로서의 스마트 폰의 구성례를 도시하는 블록도.
도 24는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 25는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a light receiving element to which the present technology is applied.
2 is a cross-sectional view showing a first configuration example of a pixel.
3 is a diagram showing a circuit configuration example of the pixel of FIG. 2;
4 is a plan view showing an arrangement example of the pixel circuit of FIG. 3.
5 is a diagram showing another circuit configuration example of the pixel of FIG. 2;
6 is a plan view showing an arrangement example of the pixel circuit of FIG. 5.
It is a figure explaining the effect of a back side irradiation type.
It is a figure explaining the effect of a back side irradiation type.
It is a figure explaining the effect of a back side irradiation type.
It is a figure explaining the effect of a back side irradiation type.
It is a figure explaining the effect of a back side irradiation type.
12 is a cross-sectional view showing a second configuration example of a pixel.
13 is a cross-sectional view showing a third configuration example of a pixel.
14 is a cross-sectional view showing a fourth configuration example of a pixel.
15 is a cross-sectional view showing a fifth configuration example of a pixel.
16 is a perspective view showing a configuration example of a moth-eye structure.
Fig. 17 is a perspective view showing another configuration example of a moth-eye structure.
18 is a perspective view showing another configuration example of the moth-eye structure.
19 is a cross-sectional view showing a sixth configuration example of a pixel.
It is a figure explaining the manufacturing method of a sixth structural example.
Fig. 21 is a diagram showing an example of a 4-tap pixel configuration.
22 is a block diagram showing a configuration example of a distance measurement module to which the present technology is applied.
23 is a block diagram showing a configuration example of a smart phone as an electronic device to which the present technology is applied.
24 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
25 is an explanatory view showing an example of an installation position of an in-vehicle information detector and an imaging unit.

이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.Hereinafter, a form (hereinafter referred to as an embodiment) for carrying out the present technology will be described. In addition, description is given in the following order.

1. 수광 소자의 구성례1. Configuration example of light receiving element

2. 화소의 제1 구성례에 관한 단면도2. A cross-sectional view of a first configuration example of a pixel

3. 화소의 회로 구성례3. Example of pixel circuit configuration

4. 화소의 평면도4. Pixel top view

5. 화소의 기타의 회로 구성례5. Other circuit configuration examples of pixels

6. 화소의 평면도6. Top view of pixel

7. 이면 조사형의 효과7. Effect of back side irradiation type

8. 화소의 제2 구성례에 관한 단면도8. Cross-sectional view of second configuration example of pixel

9. 화소의 제3 구성례에 관한 단면도9. Cross-sectional view of a third configuration example of a pixel

10. 화소의 제4 구성례에 관한 단면도10. Cross-sectional view of a fourth configuration example of a pixel

11. 화소의 제5 구성례에 관한 단면도11. A sectional view related to a fifth configuration example of pixels

12. 화소의 제6 구성례에 관한 단면도12. Cross-sectional view of a sixth example configuration of a pixel

13. 4탭의 화소 구성례13. Example of 4-tap pixel configuration

14. 거리측정 모듈의 구성례14. Configuration example of distance measurement module

15. 전자 기기의 구성례15. Examples of configuration of electronic devices

16. 이동체에의 응용례16. Application to mobile bodies

<1. 수광 소자의 구성례><1. Configuration example of light receiving element>

도 1은, 본 기술을 적용한 수광 소자의 개략 구성례를 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a light receiving element to which the present technology is applied.

도 1에 도시되는 수광 소자(1)는, 간접 ToF 방식에 의한 거리측정 정보를 출력하는 소자이다.The light receiving element 1 shown in FIG. 1 is an element that outputs distance measurement information by an indirect ToF method.

수광 소자(1)는, 소정의 광원으로부터 조사된 광(조사 광)이 물체에 닿아 반사되어 온 광(반사광)을 수광하여, 물체까지의 거리 정보를 뎁스값으로서 격납한 뎁스 화상을 출력한다. 또한, 광원으로부터 조사되는 조사광은, 예를 들면, 파장이 780㎚ 내지 1000㎚ 범위의 적외광이고, 온 오프가 소정의 주기로 반복되는 펄스광이다.The light receiving element 1 receives light (reflected light) from which light (irradiated light) irradiated from a predetermined light source hits the object and is reflected, and outputs a depth image in which distance information to the object is stored as a depth value. In addition, the irradiated light irradiated from a light source is infrared light with a wavelength of 780 nm-1000 nm, for example, and is pulsed light whose on-off is repeated at a predetermined period.

수광 소자(1)는, 도시하지 않은 반도체 기판상에 형성된 화소 어레이부(21)와, 화소 어레이부(21)와 같은 반도체 기판상에 집적된 주변 회로부를 갖는다. 주변 회로부는, 예를 들면 수직 구동부(22), 칼럼 처리부(23), 수평 구동부(24), 및 시스템 제어부(25) 등으로 구성되어 있다.The light receiving element 1 has a pixel array portion 21 formed on a semiconductor substrate (not shown) and a peripheral circuit portion integrated on a semiconductor substrate such as the pixel array portion 21. The peripheral circuit section is composed of, for example, a vertical driving section 22, a column processing section 23, a horizontal driving section 24, and a system control section 25.

수광 소자(1)에는, 또한 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)도 마련되어 있다. 또한, 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)는, 수광 소자(1)와 같은 기판상에 탑재하여도 좋고, 수광 소자(1)와는 다른 모듈 내의 기판상에 배치하여도 좋다.The light receiving element 1 is also provided with a signal processing section 26 and a data storage section 27. In addition, the signal processing unit 26 and the data storage unit 27 may be mounted on the same substrate as the light receiving element 1 or may be arranged on a substrate in a module different from the light receiving element 1.

화소 어레이부(21)는, 수광한 광량에 응한 전하를 생성하고, 그 전하에 응한 신호를 출력하는 화소(10)가 행방향 및 열방향의 행렬형상으로 2차원 배치된 구성으로 되어 있다. 즉, 화소 어레이부(21)는, 입사한 광을 광전변환하고, 그 결과 얻어진 전하에 응한 신호를 출력하는 화소(10)를 복수 갖는다. 화소(10)의 상세에 관해서는, 도 2 이후에 후술한다.The pixel array unit 21 has a configuration in which pixels 10 for generating electric charges corresponding to the amount of received light and outputting signals corresponding to the electric charges are two-dimensionally arranged in a matrix form in a row direction and a column direction. That is, the pixel array unit 21 has a plurality of pixels 10 that photoelectrically convert incident light and output a signal corresponding to the resulting charge. The details of the pixel 10 will be described later after FIG. 2.

여기서, 행방향이란, 수평 방향의 화소(10)의 배열 방향을 말하고, 열방향이란, 수직 방향의 화소(10)의 배열 방향을 말한다. 행방향은, 도면 중, 횡방향이고, 열방향은 도면 중, 종방향이다.Here, the row direction means the arrangement direction of the pixels 10 in the horizontal direction, and the column direction means the arrangement direction of the pixels 10 in the vertical direction. The row direction is the horizontal direction in the drawing, and the column direction is the vertical direction in the drawing.

화소 어레이부(21)에서는, 행렬형상의 화소 배열에 대해, 화소행마다 화소 구동선(28)이 행방향에 따라 배선됨과 함께, 각 화소열에 2개의 수직 신호선(29)이 열방향에 따라 배선되어 있다. 예를 들면 화소 구동선(28)은, 화소(10)로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 또한, 도 1에서는, 화소 구동선(28)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(28)의 일단은, 수직 구동부(22)의 각 행에 대응하는 출력단에 접속되어 있다.In the pixel array unit 21, for the pixel array in the matrix form, the pixel drive lines 28 are wired along the row direction for each pixel row, and the two vertical signal lines 29 for each pixel column are wired along the column direction. It is done. For example, the pixel driving line 28 transmits driving signals for driving when reading signals from the pixels 10. In addition, in FIG. 1, although the pixel drive line 28 is shown as one wiring, it is not limited to one. One end of the pixel driving line 28 is connected to an output terminal corresponding to each row of the vertical driving unit 22.

수직 구동부(22)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(21)의 각 화소(10)를 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동한다. 즉, 수직 구동부(22)는, 수직 구동부(22)를 제어하는 시스템 제어부(25)와 함께, 화소 어레이부(21)의 각 화소(10)의 동작을 제어하는 구동부를 구성하고 있다.The vertical driving unit 22 is constituted by a shift register, an address decoder, or the like, and drives each pixel 10 of the pixel array unit 21 at the same time or in units of all pixels. That is, the vertical driving unit 22 includes a system control unit 25 for controlling the vertical driving unit 22 and a driving unit for controlling the operation of each pixel 10 of the pixel array unit 21.

수직 구동부(22)에 의한 구동 제어에 응하여 화소행의 각 화소(10)로부터 출력되는 검출 신호는, 수직 신호선(29)을 통하여 칼럼 처리부(23)에 입력된다. 칼럼 처리부(23)는, 각 화소(10)로부터 수직 신호선(29)을 통하여 출력되는 검출 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 검출 신호를 일시적으로 유지한다. 구체적으로는, 칼럼 처리부(23)는, 신호 처리로서 노이즈 제거 처리나AD(Analog to Digital) 변환 처리 등을 행한다.The detection signal output from each pixel 10 in the pixel row in response to the driving control by the vertical driving unit 22 is input to the column processing unit 23 through the vertical signal line 29. The column processing unit 23 performs predetermined signal processing on the detection signal output from each pixel 10 through the vertical signal line 29, and temporarily holds the detection signal after signal processing. Specifically, the column processing unit 23 performs noise reduction processing, analog to digital (AD) conversion processing, and the like as signal processing.

수평 구동부(24)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(23)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 수평 구동부(24)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(23)에서 단위 회로마다 신호 처리된 검출 신호가 순번대로 출력된다.The horizontal driving unit 24 is configured of a shift register, an address decoder, and the like, and sequentially selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the column processing unit 23. By the selective scanning by the horizontal driving unit 24, the detection signals signaled for each unit circuit in the column processing unit 23 are sequentially output.

시스템 제어부(25)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 그 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로, 수직 구동부(22), 칼럼 처리부(23), 및 수평 구동부(24) 등의 구동 제어를 행한다.The system control unit 25 is constituted by a timing generator or the like that generates various timing signals, and based on various timing signals generated by the timing generator, the vertical driving unit 22, the column processing unit 23, and the horizontal driving unit (24) Drive control is performed.

신호 처리부(26)는, 적어도 연산 처리 기능을 가지며, 칼럼 처리부(23)로부터 출력되는 검출 신호에 의거하여 연산 처리 등의 여러가지의 신호 처리를 행한다. 데이터 격납부(27)는, 신호 처리부(26)에서의 신호 처리에 있어서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.The signal processing unit 26 has at least an arithmetic processing function, and performs various signal processing such as arithmetic processing based on the detection signal output from the column processing unit 23. The data storage unit 27 temporarily stores data necessary for the processing in the signal processing in the signal processing unit 26.

이상과 같이 구성되는 수광 소자(1)는, 물체까지의 거리 정보를 뎁스값으로서 화소치에 격납한 뎁스 화상을 출력한다. 수광 소자(1)는, 예를 들면, 차량에 탑재되어, 차외에 있는 대상물까지의 거리를 측정하는 차량탑재용의 시스템이나, 유저의 손(手) 등의 대상물까지의 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 유저의 제스처를 인식하는 제스처 인식용의 장치 등에 탑재할 수 있다.The light-receiving element 1 configured as described above outputs a depth image in which the distance information to an object is stored in a pixel value as a depth value. The light-receiving element 1 is mounted on a vehicle, for example, a vehicle-mounted system that measures a distance to an object outside the vehicle, or measures a distance to an object such as a user's hand. It can be mounted on a gesture recognition device or the like for recognizing a user's gesture based on the measurement result.

<2. 화소의 제1 구성례에 관한 단면도><2. Cross-sectional view of a first configuration example of pixels>

도 2는, 화소 어레이부(21)에 배치된 화소(10)의 제1 구성례를 도시하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a first configuration example of the pixels 10 arranged in the pixel array unit 21.

수광 소자(1)는, 반도체 기판(41)과, 그 표면측(도면 중 하측)에 형성된 다층 배선층(42)을 구비한다.The light-receiving element 1 includes a semiconductor substrate 41 and a multilayer wiring layer 42 formed on its surface side (lower side of the drawing).

반도체 기판(41)은, 예를 들면 실리콘(Si)으로 구성되고, 예를 들면 1 내지 6㎛의 두께를 갖고서 형성되어 있다. 반도체 기판(41)에서는, 예를 들면, P형(제1 도전형)의 반도체 영역(51)에, N형(제2 도전형)의 반도체 영역(52)이 화소 단위로 형성됨에 의해, 포토 다이오드(PD)가 화소 단위로 형성되어 있다. 반도체 기판(41)의 표리 양면에 마련되어 있는 P형의 반도체 영역(51)은, 암전류 억제를 위한 정공 전하 축적 영역을 겸하고 있다.The semiconductor substrate 41 is made of, for example, silicon (Si), and is formed, for example, with a thickness of 1 to 6 µm. In the semiconductor substrate 41, for example, the semiconductor region 52 of the N-type (second conductivity type) and the semiconductor region 51 of the P-type (first conductivity type) are formed in units of pixels. The diode PD is formed in units of pixels. The P-type semiconductor region 51 provided on both front and rear surfaces of the semiconductor substrate 41 also serves as a hole charge accumulation region for suppressing dark current.

도 2에서 상측이 되는 반도체 기판(41)의 상면이, 반도체 기판(41)의 이면이고, 광이 입사되는 광입사면이 된다. 반도체 기판(41)의 이면측 상면에는, 반사 방지막(43)이 형성되어 있다.In FIG. 2, the upper surface of the semiconductor substrate 41 serving as the upper side is the rear surface of the semiconductor substrate 41, and serves as a light incident surface to which light is incident. An antireflection film 43 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 41.

반사 방지막(43)은, 예를 들면, 예를 들면, 고정 전하막 및 산화막이 적층된 적층 구조로 되고, 예를 들면, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의한 고유전율(High-k)의 절연 박막을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화하프늄(HfO2)이나, 산화알루미늄(Al2O3), 산화티탄(TiO2), STO(Strontium Titan Oxide) 등을 사용할 수 있다. 도 2의 예에서는, 반사 방지막(43)은, 산화하프늄막(53), 산화알루미늄막(54), 및 산화실리콘막(55)이 적층되어 구성되어 있다.The antireflection film 43 has, for example, a stacked structure in which a fixed charge film and an oxide film are stacked, for example, high-k insulation by ALD (Atomic Layer Deposition) method. Thin films can be used. Specifically, hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), STO (Strontium Titan Oxide), or the like can be used. In the example of FIG. 2, the antireflection film 43 is formed by laminating a hafnium oxide film 53, an aluminum oxide film 54, and a silicon oxide film 55.

반사 방지막(43)의 상면으로서, 반도체 기판(41)의 인접하는 화소(10)의 경계부(44)(이하, 화소 경계부(44)라고도 칭한다.)에는, 입사광의 인접 화소로의 입사를 방지하는 화소사이 차광막(45)이 형성되어 있다. 화소사이 차광막(45)의 재료는, 광을 차광하는 재료라면 좋고, 예를 들면, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 금속재료를 사용할 수 있다.As the upper surface of the antireflection film 43, the boundary portion 44 (hereinafter also referred to as the pixel boundary portion 44) of the adjacent pixel 10 of the semiconductor substrate 41 prevents incident light from entering the adjacent pixel. A light blocking film 45 between pixels is formed. The material for the inter-pixel light-shielding film 45 may be any material that shields light. For example, a metal material such as tungsten (W), aluminum (Al), or copper (Cu) can be used.

반사 방지막(43)의 상면과, 화소사이 차광막(45)의 상면에는, 평탄화막(46)이, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiN), 산질화실리콘(SiON) 등의 절연막, 또는, 수지 등의 유기 재료에 의해 형성되어 있다.On the upper surface of the anti-reflection film 43 and the upper surface of the light-blocking film 45 between pixels, the planarization film 46 is, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), or the like. It is formed of an insulating film, or an organic material such as a resin.

그리고, 평탄화막(46)의 상면에는, 온 칩 렌즈(47)가 화소마다 형성되어 있다. 온 칩 렌즈(47)는, 예를 들면, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 수지계 재료로 형성된다. 온 칩 렌즈(47)에 의해 집광된 광은, 포토 다이오드(PD)에 효율 좋게 입사된다.Further, on the top surface of the planarization film 46, an on-chip lens 47 is formed for each pixel. The on-chip lens 47 is made of, for example, a resin-based material such as styrene-based resin, acrylic-based resin, styrene-acrylic copolymer-based resin, or siloxane-based resin. The light condensed by the on-chip lens 47 efficiently enters the photodiode PD.

또한, 반도체 기판(41)의 이면측의 화소 경계부(44)에는, 반도체 기판(41)의 이면측(온 칩 렌즈(47)측)부터 기판 깊이 방향으로 소정의 깊이까지, 반도체 기판(41)의 깊이 방향으로 인접 화소끼리를 분리하는 화소간 분리부(61)가 형성되어 있다. 화소간 분리부(61)의 저면 및 측벽을 포함하는 외주부는, 반사 방지막(43)의 일부인 산화하프늄막(53)으로 덮여 있다. 화소간 분리부(61)는, 입사광이 옆의 화소(10)로 관통하는 것을 방지하고, 차체화소 내에 가둠과 함께, 인접하는 화소(10)로부터의 입사광의 누입을 방지한다.Further, in the pixel boundary portion 44 on the back surface side of the semiconductor substrate 41, the semiconductor substrate 41 is extended from the back surface side (on-chip lens 47 side) of the semiconductor substrate 41 to a predetermined depth in the substrate depth direction. An inter-pixel separation unit 61 for separating adjacent pixels in the depth direction of is formed. The outer circumferential portion including the bottom surface and the sidewall of the inter-pixel separation portion 61 is covered with a hafnium oxide film 53 that is part of the antireflection film 43. The inter-pixel separation unit 61 prevents incident light from penetrating into the adjacent pixel 10 and confines it in the vehicle body pixel, and prevents leakage of incident light from adjacent pixels 10.

도 2의 예에서는, 반사 방지막(43)의 최상층의 재료인 산화실리콘막(55)을, 이면측부터 파들어간 트렌치(홈)에 매입함에 의해 산화실리콘막(55)과 화소간 분리부(61)를 동시 형성하기 때문에) 반사 방지막(43)으로서의 적층막의 일부인 산화실리콘막(55)과, 화소간 분리부(61)가 동일한 재료로 구성되어 있지만, 반드시 동일할 필요는 없다. 화소간 분리부(61)로서 이면측부터 파들어간 트렌치(홈)에 매입하는 재료는, 예를 들면, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 질화티탄(TiN) 등의 금속재료라도 좋다.In the example of FIG. 2, the silicon oxide film 55 and the pixel-to-pixel separation portion 61 are buried by embedding a silicon oxide film 55, which is a material of the uppermost layer of the antireflection film 43, into a trench (groove) dug from the back side. ) Is formed simultaneously), but the silicon oxide film 55, which is part of the laminated film as the antireflection film 43, and the inter-pixel separation portion 61 are made of the same material, but are not necessarily the same. As the inter-pixel separation portion 61, a material that is buried in the trench (groove) dug from the back side is, for example, a metal such as tungsten (W), aluminum (Al), titanium (Ti), or titanium nitride (TiN). Ingredients may also be used.

한편, 다층 배선층(42)이 형성된 반도체 기판(41)의 표면측에는, 각 화소(10)에 형성된 하나의 포토 다이오드(PD)에 대해, 2개의 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2)가 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(41)의 표면측에는, 포토 다이오드(PD)로부터 전송된 전하를 일시 유지하는 전하 축적부로서의 부유 확산 영역(FD1 및 FD2)이, 고농도의 N형 반도체 영역(N형 확산 영역)에 의해 형성되어 있다.On the other hand, on the surface side of the semiconductor substrate 41 on which the multilayer wiring layer 42 is formed, two transfer transistors TRG1 and TRG2 are formed for one photodiode PD formed in each pixel 10. Further, on the surface side of the semiconductor substrate 41, floating diffusion regions FD1 and FD2 as charge accumulation units for temporarily holding charges transferred from the photodiode PD are N-type semiconductor regions of high concentration (N-type diffusion regions). It is formed by.

다층 배선층(42)은, 복수의 금속막(M)과, 그 사이의 층간 절연막(62)으로 구성된다. 도 2에서는, 제1 금속막(M1) 내지 제3 금속막(M3)의 3층으로 구성되는 예가 도시되어 있다.The multilayer wiring layer 42 is composed of a plurality of metal films M and an interlayer insulating film 62 therebetween. In FIG. 2, an example consisting of three layers of the first metal film M1 to the third metal film M3 is shown.

다층 배선층(42)의 복수의 금속막(M) 중, 반도체 기판(41)에 가장 가까운 제1 금속막(M1)의, 포토 다이오드(PD)의 형성 영역의 하방에 위치하는 영역, 환언하면, 평면시에서, 포토 다이오드(PD)의 형성 영역과 적어도 일부가 겹쳐지는 영역에는, 구리나 알루미늄 등의 메탈(금속) 배선이 차광 부재(63)로서 형성되어 있다.Of the plurality of metal films M of the multilayer wiring layer 42, the area of the first metal film M1 closest to the semiconductor substrate 41 is located below the formation region of the photodiode PD, in other words, In plan view, a metal (metal) wiring such as copper or aluminum is formed as a light blocking member 63 in a region where at least a portion of the photodiode PD formation region overlaps.

차광 부재(63)는, 온 칩 렌즈(47)를 통하여 광입사면부터 반도체 기판(41) 내로 입사하고, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광을, 반도체 기판(41)에 가장 가까운 제1 금속막(M1)으로 차광하여, 그것보다 하방의 제2 금속막(M2)나 제3 금속막(M3)에 투과시키지 않도록 한다. 이 차광 기능에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광이, 제1 금속막(M1)보다 아래의 금속막(M)에서 산란하여, 근방 화소에 입사하여 버리는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 근방 화소에서 잘못 광을 검지하여 버리는 것을 막을 수 있다.The light blocking member 63 enters the semiconductor substrate 41 from the light incident surface through the on-chip lens 47, and infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is discarded. The light is shielded by the first metal film M1 closest to the semiconductor substrate 41 so as not to pass through the second metal film M2 or the third metal film M3 below it. Due to this light blocking function, infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is scattered in the metal film M below the first metal film M1, and is nearby. It can suppress that it enters a pixel and throws it away. Thereby, it is possible to prevent wrong light from being detected and discarded from the nearby pixels.

또한, 차광 부재(63)는, 온 칩 렌즈(47)를 통하여 광입사면부터 반도체 기판(41) 내로 입사하고, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광을, 차광 부재(63)에서 반사시켜서 반도체 기판(41) 내로 재차 입사시키는 기능도 갖는다. 따라서 차광 부재(63)는, 반사부재이기도 하다고 말할 수 있다. 이 반사 기능에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환된 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율(QE), 즉 적외광에 대한 화소(10)의 감도를 향상시킬 수 있다.Further, the light blocking member 63 enters the semiconductor substrate 41 from the light incident surface through the on-chip lens 47, and passes through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41. It also has a function of reflecting infrared light from the light blocking member 63 and re-introducing it into the semiconductor substrate 41. Therefore, it can be said that the light blocking member 63 is also a reflective member. By this reflection function, the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 can be increased to improve the quantum efficiency QE, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light.

또한, 차광 부재(63)는, 금속재료 외에, 폴리실리콘이나 산화막 등으로 반사 또는 차광하는 구조를 형성하여도 좋다.In addition, the light blocking member 63 may be formed of a structure that reflects or shields light from polysilicon, an oxide film, or the like, in addition to the metal material.

또한, 차광 부재(63)는, 1층의 금속막(M)으로 구성하지 않고, 예를 들면 제1 금속막(M1)과 제2 금속막(M2)으로 격자형상으로 형성하는 등으로, 복수의 금속막(M)으로 구성하여도 좋다.In addition, the light shielding member 63 is not composed of a single layer metal film M, but is formed in a lattice shape, for example, by a first metal film M1 and a second metal film M2. It may be composed of a metal film (M).

다층 배선층(42)의 복수의 금속막(M) 중, 소정의 금속막(M)인, 예를 들면, 제2 금속막(M2)에는, 예를 들면, 빗살 형상으로 패턴 형성함에 의해, 배선 용량(64)이 형성되어 있다. 차광 부재(63)와 배선 용량(64)은 같은 층(금속막(M))에 형성하여도 좋지만, 다른 층에 형성하는 경우에는, 배선 용량(64)이, 차광 부재(63)보다도 반도체 기판(41)부터 먼 층에 형성된다. 환언하면, 차광 부재(63)가, 배선 용량(64)보다도 반도체 기판(41)의 가까이에 형성된다.Of the plurality of metal films M of the multilayer wiring layer 42, for example, the second metal film M2, which is a predetermined metal film M, is formed by, for example, forming a comb-shaped pattern to form wiring. The capacity 64 is formed. The light blocking member 63 and the wiring capacity 64 may be formed on the same layer (metal film M), but when formed on other layers, the wiring capacity 64 is a semiconductor substrate than the light blocking member 63 It is formed in a layer far from (41). In other words, the light blocking member 63 is formed closer to the semiconductor substrate 41 than the wiring capacity 64.

이상과 같이, 수광 소자(1)는, 온 칩 렌즈(47)와 다층 배선층(42) 사이에 반도체층인 반도체 기판(41)을 배치하고, 온 칩 렌즈(47)가 형성된 이면측부터 입사광을 포토 다이오드(PD)에 입사시키는 이면 조사형의 구조를 갖는다.As described above, the light receiving element 1 arranges a semiconductor substrate 41, which is a semiconductor layer, between the on-chip lens 47 and the multilayer wiring layer 42, and receives incident light from the back side on which the on-chip lens 47 is formed. It has a back-illuminated structure incident on the photodiode PD.

또한, 화소(10)는, 각 화소에 마련된 포토 다이오드(PD)에 대해, 2개의 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2)를 구비하고, 포토 다이오드(PD)에서 광전변환되어 생성된 전하(전자)를, 부유 확산 영역(FD1 또는 FD2)에 배분 가능하게 구성되어 있다.Further, the pixel 10 includes two transfer transistors TRG1 and TRG2 for the photodiode PD provided in each pixel, and charges (electrons) generated by photoelectric conversion in the photodiode PD, It is configured to be distributed in the floating diffusion region FD1 or FD2.

또한, 제1 구성례에 관한 화소(10)는, 화소 경계부(44)에 화소간 분리부(61)를 형성함에 의해, 입사광이 옆의 화소(10)로 관통하는 것을 방지하고, 차체화소 내에 가둠과 함께, 인접하는 화소(10)로부터의 입사광의 누입을 방지한다. 그리고, 포토 다이오드(PD)의 형성 영역의 하방의 금속막(M)에 차광 부재(63)를 마련함에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광을, 차광 부재(63)에서 반사시켜서 반도체 기판(41) 내로 재차 입사시킨다.In addition, the pixel 10 according to the first configuration example prevents incident light from penetrating the adjacent pixel 10 by forming an inter-pixel separation portion 61 at the pixel boundary portion 44, and within the body pixel. In addition to confinement, leakage of incident light from adjacent pixels 10 is prevented. In addition, by providing the light blocking member 63 in the metal film M below the region where the photodiode PD is formed, the semiconductor substrate 41 is transmitted through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted. The external light is reflected by the light-shielding member 63 and re-enters the semiconductor substrate 41 again.

이상의 구성에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환된 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율(QE), 즉 적외광에 대한 화소(10)의 감도를 향상시킬 수 있다.With the above structure, the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 can be increased to improve the quantum efficiency QE, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light.

<3. 화소의 회로 구성례><3. Pixel Circuit Example>

도 3은, 화소 어레이부(21)에 2차원 배치된 화소(10)의 회로 구성을 도시하고 있다.3 shows a circuit configuration of the pixels 10 two-dimensionally arranged in the pixel array section 21.

화소(10)는, 광전변환 소자로서 포토 다이오드(PD)를 구비한다. 또한, 화소(10)는, 전송 트랜지스터(TRG), 부유 확산 영역(FD), 부가 용량(FDL), 전환 트랜지스터(FDG), 증폭 트랜지스터(AMP), 리셋 트랜지스터(RST), 및, 선택 트랜지스터(SEL)를 각각 2개씩 갖는다. 또한, 화소(10)는, 전하 배출 트랜지스터(OFG)를 갖고 있다.The pixel 10 is provided with a photodiode PD as a photoelectric conversion element. In addition, the pixel 10 includes a transfer transistor TRG, a floating diffusion region FD, an additional capacitance FDL, a switching transistor FDG, an amplifying transistor AMP, a reset transistor RST, and a selection transistor ( SEL). In addition, the pixel 10 has a charge discharge transistor OFG.

여기서, 화소(10)에서 2개씩 마련된 전송 트랜지스터(TRG), 부유 확산 영역(FD), 부가 용량(FDL), 전환 트랜지스터(FDG), 증폭 트랜지스터(AMP), 리셋 트랜지스터(RST), 및, 선택 트랜지스터(SEL)의 각각을 구별하는 경우, 도 3에 도시되는 바와 같이, 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2), 부유 확산 영역(FD1 및 FD2), 부가 용량(FDL1 및 FDL2), 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2), 증폭 트랜지스터(AMP1 및 AMP2), 리셋 트랜지스터(RST1 및 RST2), 및, 선택 트랜지스터(SEL1 및 SEL2)와 같이 칭한다.Here, the transfer transistor TRG, the floating diffusion area FD, the additional capacitance FDL, the switching transistor FDG, the amplifying transistor AMP, the reset transistor RST, which are provided two by one in the pixel 10, are selected. When distinguishing each of the transistors SEL, as shown in FIG. 3, the transfer transistors TRG1 and TRG2, the floating diffusion regions FD1 and FD2, the additional capacitances FDL1 and FDL2, the switching transistors FDG1 and FDG2 ), amplification transistors AMP1 and AMP2, reset transistors RST1 and RST2, and selection transistors SEL1 and SEL2.

전송 트랜지스터(TRG), 전환 트랜지스터(FDG), 증폭 트랜지스터(AMP), 선택 트랜지스터(SEL), 리셋 트랜지스터(RST), 및, 전하 배출 트랜지스터(OFG)는, 예를 들면, N형의 MOS 트랜지스터로 구성된다.The transfer transistor TRG, the switching transistor FDG, the amplifying transistor AMP, the selection transistor SEL, the reset transistor RST, and the charge discharge transistor OFG are, for example, N-type MOS transistors. It is composed.

전송 트랜지스터(TRG1)는, 게이트 전극에 공급되는 전송 구동 신호(TRG1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 전하를 부유 확산 영역(FD1)에 전송한다. 전송 트랜지스터(TRG2)는, 게이트 전극에 공급되는 전송 구동 신호(TRG2g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 전하를 부유 확산 영역(FD2)에 전송한다.When the transfer driving signal TRG1g supplied to the gate electrode becomes active, the transfer transistor TRG1 becomes a conducting state in response to this, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion region FD1. do. When the transfer driving signal TRG2g supplied to the gate electrode becomes active, the transfer transistor TRG2 becomes a conducting state in response to this, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion region FD2. do.

부유 확산 영역(FD1 및 FD2)은, 포토 다이오드(PD)로부터 전송된 전하를 일시 유지하는 전하 축적부이다.The floating diffusion regions FD1 and FD2 are charge accumulation units that temporarily hold electric charges transferred from the photodiode PD.

전환 트랜지스터(FDG1)는, 게이트 전극에 공급되는 FD 구동 신호(FDG1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부가 용량(FDL1)을, 부유 확산 영역(FD1)에 접속시킨다. 전환 트랜지스터(FDG2)는, 게이트 전극에 공급되는 FD 구동 신호(FDG2g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부가 용량(FDL2)을, 부유 확산 영역(FD2)에 접속시킨다. 부가 용량(FDL1 및 FDL2)은, 도 2의 배선 용량(64)에 의해 형성되어 있다.When the FD driving signal FDG1g supplied to the gate electrode is in an active state, the switching transistor FDG1 becomes a conducting state in response to this, thereby connecting the additional capacitor FDL1 to the floating diffusion region FD1. When the FD driving signal FDG2g supplied to the gate electrode is in an active state, the switching transistor FDG2 becomes a conducting state in response to this, thereby connecting the additional capacitor FDL2 to the floating diffusion region FD2. The additional capacitances FDL1 and FDL2 are formed by the wiring capacitance 64 in FIG. 2.

리셋 트랜지스터(RST1)는, 게이트 전극에 공급되는 리셋 구동 신호(RSTg)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부유 확산 영역(FD1)의 전위를 리셋한다. 리셋 트랜지스터(RST2)는, 게이트 전극에 공급되는 리셋 구동 신호(RSTg)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부유 확산 영역(FD2)의 전위를 리셋한다. 또한, 리셋 트랜지스터(RST1 및 RST2)가 액티브 상태로 된 때, 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2)도 동시에 액티브 상태가 되어, 부가 용량(FDL1 및 FDL2)도 리셋된다.When the reset driving signal RSTg supplied to the gate electrode becomes active, the reset transistor RST1 enters a conducting state in response to reset the potential of the floating diffusion region FD1. When the reset driving signal RSTg supplied to the gate electrode becomes active, the reset transistor RST2 enters a conducting state in response to reset the potential of the floating diffusion region FD2. Further, when the reset transistors RST1 and RST2 are active, the switching transistors FDG1 and FDG2 are also active at the same time, and the additional capacitors FDL1 and FDL2 are also reset.

수직 구동부(22)는, 예를 들면, 입사광의 광량이 많은 고조도(高照度)일 때, 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2)를 액티브 상태로 하여, 부유 확산 영역(FD1)과 부가 용량(FDL1)을 접속함과 함께, 부유 확산 영역(FD2)과 부가 용량(FDL2)을 접속한다. 이에 의해, 고조도시에, 보다 많은 전하를 축적할 수 있다.The vertical driving unit 22, for example, when the light intensity of the incident light is high, the switching transistors FDG1 and FDG2 are active, and the floating diffusion region FD1 and the additional capacitance FDL1 are activated. In addition, the floating diffusion region FD2 and the additional capacity FDL2 are connected. Thereby, more charges can be accumulated in the Gozo city.

한편, 입사광의 광량이 적은 저조도일 때에는, 수직 구동부(22)는, 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2)를 비액티브 상태로 하여, 부가 용량(FDL1 및 FDL2)을, 각각, 부유 확산 영역(FD1 및 FD2)으로부터 분리한다. 이에 의해, 변환 효율을 올릴 수 있다.On the other hand, when the light intensity of the incident light is low, the vertical driving unit 22 sets the switching transistors FDG1 and FDG2 inactive, and sets the additional capacitances FDL1 and FDL2, respectively, and the floating diffusion regions FD1 and FD2, respectively. ). Thereby, conversion efficiency can be raised.

전하 배출 트랜지스터(OFG)는, 게이트 전극에 공급되는 배출 구동 신호(OFG1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하를 배출한다.When the discharge driving signal OFG1g supplied to the gate electrode becomes active, the charge discharge transistor OFG discharges the electric charge accumulated in the photodiode PD by responding to it.

증폭 트랜지스터(AMP1)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(SEL1)를 통하여 수직 신호선(29A)에 접속됨에 의해, 도시하지 않은 정전류원과 접속하여, 소스 팔로워 회로를 구성한다. 증폭 트랜지스터(AMP2)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(SEL2)를 통하여 수직 신호선(29B)에 접속됨에 의해, 도시하지 않은 정전류원과 접속하여, 소스 팔로워 회로를 구성한다.The amplification transistor AMP1 is connected to a constant current source (not shown) by forming a source follower circuit by connecting the source electrode to the vertical signal line 29A through the selection transistor SEL1. The amplifying transistor AMP2 is connected to the vertical signal line 29B through the selection transistor SEL2 to connect to a constant current source (not shown) to form a source follower circuit.

선택 트랜지스터(SEL1)는, 증폭 트랜지스터(AMP1)의 소스 전극과 수직 신호선(29A) 사이에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(SEL1)는, 게이트 전극에 공급되는 선택 신호(SEL1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되어, 증폭 트랜지스터(AMP1)로부터 출력되는 검출 신호(VSL1)를 수직 신호선(29A)에 출력한다.The selection transistor SEL1 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP1 and the vertical signal line 29A. When the selection signal SEL1g supplied to the gate electrode becomes active, the selection transistor SEL1 becomes a conducting state in response to this, and the detection signal VSL1 output from the amplifying transistor AMP1 is connected to the vertical signal line 29A. Output.

선택 트랜지스터(SEL2)는, 증폭 트랜지스터(AMP2)의 소스 전극과 수직 신호선(29B) 사이에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(SEL2)는, 게이트 전극에 공급되는 선택 신호(SEL2g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되어, 증폭 트랜지스터(AMP2)로부터 출력되는 검출 신호(VSL2)를 수직 신호선(29B)에 출력한다.The selection transistor SEL2 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP2 and the vertical signal line 29B. When the selection signal SEL2g supplied to the gate electrode becomes active, the selection transistor SEL2 becomes a conducting state in response to this, and the detection signal VSL2 output from the amplifying transistor AMP2 is connected to the vertical signal line 29B. Output.

화소(10)의 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2), 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2), 증폭 트랜지스터(AMP1 및 AMP2), 선택 트랜지스터(SEL1 및 SEL2), 및, 전하 배출 트랜지스터(OFG)는, 수직 구동부(22)에 의해 제어된다.The transfer transistors TRG1 and TRG2 of the pixel 10, the switching transistors FDG1 and FDG2, the amplifying transistors AMP1 and AMP2, the selection transistors SEL1 and SEL2, and the charge discharge transistor OFG include a vertical driver ( 22).

도 2의 화소 회로에서, 부가 용량(FDL1 및 FDL2)과, 그 접속을 제어하는, 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2)는 생략하여도 좋지만, 부가 용량(FDL)을 마련하고, 입사광량에 응하여 분간하여 사용함에 의해, 고다이내믹 레인지를 확보할 수 있다.In the pixel circuit of Fig. 2, the additional capacitors FDL1 and FDL2 and the switching transistors FDG1 and FDG2 for controlling their connection may be omitted, but the additional capacitor FDL is provided and divided according to the incident light amount By using it, a high dynamic range can be secured.

화소(10)의 동작에 관해 간단히 설명한다.The operation of the pixel 10 will be briefly described.

우선, 수광을 시작하기 전에, 화소(10)의 전하를 리셋하는 리셋 동작이 전 화소에서 행하여진다. 즉, 전하 배출 트랜지스터(OFG)와, 리셋 트랜지스터(RST1 및 RST2), 및, 전환 트랜지스터(FDG1 및 FDG2)가 온 되어, 포토 다이오드(PD), 부유 확산 영역(FD1 및 FD2), 및, 부가 용량(FDL1 및 FDL2)의 축적 전하가 배출된다.First, before starting light reception, a reset operation for resetting the charge of the pixel 10 is performed in all the pixels. That is, the charge discharge transistor OFG, the reset transistors RST1 and RST2, and the switching transistors FDG1 and FDG2 are turned on, so that the photodiode PD, the floating diffusion regions FD1 and FD2, and the additional capacitance The accumulated charges of (FDL1 and FDL2) are discharged.

축적 전하의 배출 후, 전 화소에서 수광이 시작된다.After discharge of the accumulated charge, light reception starts at all pixels.

수광 기간에서는, 전송 트랜지스터(TRG1과 TRG2)가 교대로 구동된다. 즉, 제1의 기간에서, 전송 트랜지스터(TRG1)가 온, 전송 트랜지스터(TRG2)가 오프로 제어된다. 이 제1의 기간에서는, 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하가, 부유 확산 영역(FD1)에 전송된다. 제1의 기간의 다음 제2의 기간에서는, 전송 트랜지스터(TRG1)가 오프, 전송 트랜지스터(TRG2)가 온으로 제어된다. 이 제2의 기간에서는, 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하가, 부유 확산 영역(FD2)에 전송된다. 이에 의해, 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하가, 부유 확산 영역(FD1과 FD2)에 배분되어, 축적된다.In the light receiving period, the transfer transistors TRG1 and TRG2 are driven alternately. That is, in the first period, the transfer transistor TRG1 is turned on and the transfer transistor TRG2 is controlled to be off. In this first period, the charge generated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion region FD1. In the second period following the first period, the transfer transistor TRG1 is turned off and the transfer transistor TRG2 is controlled to be on. In this second period, the charge generated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion region FD2. As a result, charges generated in the photodiode PD are distributed to the floating diffusion regions FD1 and FD2, and accumulated.

여기서, 광전변환으로 얻어진 전하(전자)의 판독이 행하여지는 쪽의 전송 트랜지스터(TRG) 및 부유 확산 영역(FD)을 액티브 탭(active tap)으로 칭하기로 한다. 역으로, 광전변환으로 얻어진 전하의 판독이 행하여지지 않는 쪽의 전송 트랜지스터(TRG) 및 부유 확산 영역(FD)을 인액티브 탭(inactive tap)으로 칭하기로 한다.Here, the transfer transistor TRG and the floating diffusion region FD on which the charge (electron) obtained by photoelectric conversion is read will be referred to as an active tap. Conversely, the transfer transistor TRG and the floating diffusion region FD on the side of which the charge obtained by the photoelectric conversion is not read will be referred to as an inactive tap.

그리고, 수광 기간이 종료되면, 화소 어레이부(21)의 각 화소(10)가, 선순차(線順次)로 선택된다. 선택된 화소(10)에서는, 선택 트랜지스터(SEL1 및 SEL2)가 온 된다. 이에 의해, 부유 확산 영역(FD1)에 축적된 전하가, 검출 신호(VSL1)로서, 수직 신호선(29A)을 통하여 칼럼 처리부(통23)에 출력된다. 부유 확산 영역(FD2)에 축적된 전하는, 검출 신호(VSL2)로서, 수직 신호선(29B)을 통하여 칼럼 처리부(23)에 출력된다.Then, when the light receiving period ends, each pixel 10 of the pixel array section 21 is selected in a line sequence. In the selected pixel 10, the selection transistors SEL1 and SEL2 are turned on. Thereby, the electric charges accumulated in the floating diffusion region FD1 are output to the column processing section 23 through the vertical signal line 29A as the detection signal VSL1. The electric charges accumulated in the floating diffusion region FD2 are output to the column processing unit 23 through the vertical signal line 29B as the detection signal VSL2.

이상으로 1회의 수광 동작이 종료되고, 리셋 동작부터 시작되는 다음의 수광 동작이 실행된다.Thus, one light-receiving operation ends, and the next light-receiving operation starting from the reset operation is executed.

화소(10)가 수광하는 반사광은, 광원이 조사한 타이밍부터, 대상물까지의 거리에 응하여 지연되고 있다. 대상물까지의 거리에 응한 지연 시간에 의해, 2개의 부유 확산 영역(FD1과 FD2)에 축적되는 전하의 배분비가 변화하기 때문에, 2개의 부유 확산 영역(FD1과 FD2)에 축적되는 전하의 배분비로부터, 물체까지의 거리를 구할 수 있다.The reflected light received by the pixel 10 is delayed in response to the distance from the timing irradiated by the light source to the object. Since the distribution ratio of the charges accumulated in the two floating diffusion regions FD1 and FD2 changes due to the delay time corresponding to the distance to the object, from the distribution ratio of the electric charges accumulated in the two floating diffusion regions FD1 and FD2 , You can find the distance to the object.

<4. 화소의 평면도><4. Pixel top view>

도 4는, 도 3에 도시한 화소 회로의 배치례를 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing an arrangement example of the pixel circuit shown in FIG. 3.

도 4에서 횡방향은, 도 1의 행방향(수평 방향)에 대응하고, 종방향은 도 1의 열방향(수직 방향)에 대응한다.In FIG. 4, the lateral direction corresponds to the row direction (horizontal direction) in FIG. 1, and the vertical direction corresponds to the column direction (vertical direction) in FIG. 1.

도 4에 도시되는 바와 같이, 사각형의 화소(10)의 중앙부의 영역에, 포토 다이오드(PD)가 N형의 반도체 영역(52)으로 형성되어 있다.4, a photodiode PD is formed as an N-type semiconductor region 52 in the region of the central portion of the rectangular pixel 10. As shown in FIG.

포토 다이오드(PD)의 외측으로서, 사각형의 화소(10)의 4변의 소정의 1변에 따라, 전송 트랜지스터(TRG1), 전환 트랜지스터(FDG1), 리셋 트랜지스터(RST1), 증폭 트랜지스터(AMP1), 및, 선택 트랜지스터(SEL1)가 직선적으로 나열하여 배치되고, 사각형의 화소(10)의 4변의 다른 1변에 따라, 전송 트랜지스터(TRG2), 전환 트랜지스터(FDG2), 리셋 트랜지스터(RST2), 증폭 트랜지스터(AMP2), 및, 선택 트랜지스터(SEL2)가 직선적으로 나열하여 배치되어 있다.As the outside of the photodiode PD, the transfer transistor TRG1, the switching transistor FDG1, the reset transistor RST1, the amplifying transistor AMP1, according to a predetermined one of the four sides of the rectangular pixel 10, and , The selection transistor SEL1 is arranged in a straight line, and according to the other one side of the four sides of the rectangular pixel 10, the transfer transistor TRG2, the switching transistor FDG2, the reset transistor RST2, the amplifying transistor ( AMP2) and selection transistor SEL2 are arranged in a straight line.

또한, 전송 트랜지스터(TRG), 전환 트랜지스터(FDG), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)가 형성되어 있는 화소(10)의 2변과는 다른 변에, 전하 배출 트랜지스터(OFG)가 배치되어 있다.In addition, on the side different from the two sides of the pixel 10 on which the transfer transistor TRG, the switching transistor FDG, the reset transistor RST, the amplifying transistor AMP, and the selection transistor SEL are formed, The charge discharge transistor OFG is disposed.

또한, 도 3에 도시한 화소 회로의 배치는, 이 예로 한정되지 않고, 기타의 배치로 하여도 좋다.The arrangement of the pixel circuit shown in Fig. 3 is not limited to this example, and other arrangements may be used.

<5. 화소의 기타의 회로 구성례><5. Other circuit configuration examples of pixels>

도 5는, 화소(10)의 기타의 회로 구성례를 도시하고 있다.5 shows another circuit configuration example of the pixel 10.

도 5에서, 도 3과 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.In FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the parts are omitted as appropriate.

화소(10)는, 광전변환 소자로서 포토 다이오드(PD)를 구비한다. 또한, 화소(10)는, 제1 전송 트랜지스터(TRGa), 제2 전송 트랜지스터(RST), 메모리(MEM), 부유 확산 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)를 각각 2개씩 갖는다.The pixel 10 is provided with a photodiode PD as a photoelectric conversion element. In addition, the pixel 10 includes a first transfer transistor TRGa, a second transfer transistor RST, a memory MEM, a floating diffusion region FD, a reset transistor RST, an amplification transistor AMP, and Each has two select transistors SEL.

여기서, 화소(10)에서 2개씩 마련된 제1 전송 트랜지스터(TRGa), 제2 전송 트랜지스터(RST), 메모리(MEM), 부유 확산 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)의 각각을 구별하는 경우, 도 5에 도시되는 바와 같이, 제1 전송 트랜지스터(TRGa1 및 TRGa2), 제2 전송 트랜지스터(TRGb1 및 TRGb2), 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2), 메모리(MEM1 및 MEM2), 부유 확산 영역(FD1 및 FD2), 증폭 트랜지스터(AMP1 및 AMP2), 및, 선택 트랜지스터(SEL1 및 SEL2)와 같이 칭한다.Here, the first transfer transistor TRGa, the second transfer transistor RST, the memory MEM, the floating diffusion region FD, the reset transistor RST, the amplification transistor AMP provided two by one in the pixel 10, And, when distinguishing each of the selection transistors SEL, as shown in FIG. 5, the first transfer transistors TRGa1 and TRGa2, the second transfer transistors TRGb1 and TRGb2, the transfer transistors TRG1 and TRG2, It is referred to as memory MEM1 and MEM2, floating diffusion regions FD1 and FD2, amplifying transistors AMP1 and AMP2, and selection transistors SEL1 and SEL2.

따라서 도 3의 화소 회로와, 도 5의 화소 회로를 비교하면, 전송 트랜지스터(TRG)가, 2종류의 제1 전송 트랜지스터(TRGa) 및 제2 전송 트랜지스터(TRGb)로 변경되고, 메모리(MEM)가 추가되어 있다. 또한, 부가 용량(FDL)과 전환 트랜지스터(FDG)가 생략되어 있다.Accordingly, when the pixel circuit of FIG. 3 is compared with the pixel circuit of FIG. 5, the transfer transistor TRG is changed to two types of first transfer transistor TRGa and second transfer transistor TRGb, and the memory MEM Is added. In addition, the additional capacitor FDL and the switching transistor FDG are omitted.

제1 전송 트랜지스터(TRGa), 제2 전송 트랜지스터(RST), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)는, 예를 들면, N형의 MOS 트랜지스터로 구성된다.The first transfer transistor TRGa, the second transfer transistor RST, the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are formed of, for example, an N-type MOS transistor.

도 3에 도시한 화소 회로에서는, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를, 부유 확산 영역(FD1 및 FD2)에 전송하여 유지하도록 하였지만, 도 5의 화소 회로에서는, 전하 축적부로서 마련된 메모리(MEM1 및 MEM2)에 전송되어, 유지된다.In the pixel circuit shown in Fig. 3, the charge generated in the photodiode PD is transferred to and maintained in the floating diffusion regions FD1 and FD2. In the pixel circuit shown in Fig. 5, however, the memory MEM1 provided as a charge accumulation section And MEM2).

즉, 제1 전송 트랜지스터(TRGa1)는, 게이트 전극에 공급되는 제1 전송 구동 신호(TRGa1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 전하를 메모리(MEM1)에 전송한다. 제1 전송 트랜지스터(TRGa2)는, 게이트 전극에 공급되는 제1 전송 구동 신호(TRGa2g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 전하를 메모리(MEM2)에 전송한다.That is, when the first transfer driving signal TRGa1g supplied to the gate electrode is in an active state, the first transfer transistor TRGa1 becomes a conducting state in response to this, thereby storing the charge accumulated in the photodiode PD. MEM1). When the first transfer driving signal TRGa2g supplied to the gate electrode is in an active state, the first transfer transistor TRGa2 becomes a conducting state in response to this, thereby storing the charge accumulated in the photodiode PD in the memory MEM2. To be transferred to.

또한, 제2 전송 트랜지스터(TRGb1)는, 게이트 전극에 공급되는 제2 전송 구동 신호(TRGb1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 메모리(MEM1)에 축적되어 있는 전하를, 부유 확산 영역(FD1)에 전송한다. 제2 전송 트랜지스터(TRGb2)는, 게이트 전극에 공급되는 제2 전송 구동 신호(TRGb2g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 메모리(MEM2)에 축적되어 있는 전하를, 부유 확산 영역(FD2)에 전송한다.In addition, the second transfer transistor TRGb1 becomes a conducting state in response to the second transfer driving signal TRGb1g supplied to the gate electrode being active, thereby floatingly spreading the charge accumulated in the memory MEM1. Transfer to area FD1. When the second transfer driving signal TRGb2g supplied to the gate electrode is in an active state, the second transfer transistor TRGb2 enters a conducting state in response to this, thereby transferring the electric charges accumulated in the memory MEM2 to the floating diffusion region ( FD2).

리셋 트랜지스터(RST1)는, 게이트 전극에 공급되는 리셋 구동 신호(RST1g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부유 확산 영역(FD1)의 전위를 리셋한다. 리셋 트랜지스터(RST2)는, 게이트 전극에 공급되는 리셋 구동 신호(RST2g)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부유 확산 영역(FD2)의 전위를 리셋한다. 또한, 리셋 트랜지스터(RST1 및 RST2)가 액티브 상태로 된 때, 제2 전송 트랜지스터(TRGb1 및 TRGb2)도 동시에 액티브 상태가 되어, 메모리(MEM1 및 MEM2)도 리셋된다.When the reset driving signal RST1g supplied to the gate electrode becomes active, the reset transistor RST1 becomes a conducting state in response to this, thereby resetting the potential of the floating diffusion region FD1. When the reset driving signal RST2g supplied to the gate electrode becomes active, the reset transistor RST2 becomes a conducting state in response to this, thereby resetting the potential of the floating diffusion region FD2. Further, when the reset transistors RST1 and RST2 are active, the second transfer transistors TRGb1 and TRGb2 are also active at the same time, and the memories MEM1 and MEM2 are also reset.

도 5의 화소 회로에서는, 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하가, 메모리(MEM1과 MEM2)에 배분되어, 축적된다. 그리고, 판독되는 타이밍에서, 메모리(MEM1과 MEM2)에 유지되어 있는 전하가, 각각, 부유 확산 영역(FD1과 FD2)에 전송되어, 화소(10)로부터 출력된다.In the pixel circuit of Fig. 5, charges generated in the photodiode PD are distributed to and stored in the memories MEM1 and MEM2. Then, at the timing to be read, the charges held in the memories MEM1 and MEM2 are transferred to the floating diffusion regions FD1 and FD2, respectively, and outputted from the pixel 10.

<6. 화소의 평면도><6. Pixel top view>

도 6은, 도 5에 도시한 화소 회로의 배치례를 도시한 평면도이다.FIG. 6 is a plan view showing an arrangement example of the pixel circuit shown in FIG. 5.

도 6에서의 횡방향은, 도 1의 행방향(수평 방향)에 대응하고, 종방향은 도 1의 열방향(수직 방향)에 대응한다.The lateral direction in FIG. 6 corresponds to the row direction (horizontal direction) in FIG. 1, and the vertical direction corresponds to the column direction (vertical direction) in FIG. 1.

도 6에 도시되는 바와 같이, 사각형의 화소(10)의 중앙부의 영역에, 포토 다이오드(PD)가 N형의 반도체 영역(52)으로 형성되어 있다.6, a photodiode PD is formed as an N-type semiconductor region 52 in the region of the central portion of the rectangular pixel 10. As shown in FIG.

포토 다이오드(PD)의 외측으로서, 사각형의 화소(10)의 4변의 소정의 1변에 따라, 제1 전송 트랜지스터(TRGa1), 제2 전송 트랜지스터(TRGb1), 리셋 트랜지스터(RST1), 증폭 트랜지스터(AMP1), 및, 선택 트랜지스터(SEL1)가 직선적으로 나열하여 배치되고, 사각형의 화소(10)의 4변의 다른 1변에 따라, 제1 전송 트랜지스터(TRGa2), 제2 전송 트랜지스터(TRGb2), 리셋 트랜지스터(RST2), 리셋 트랜지스터(RST2), 증폭 트랜지스터(AMP2), 및, 선택 트랜지스터(SEL2)가 직선적으로 나열하여 배치되어 있다. 메모리(MEM1 및 MEM2)는, 예를 들면, 매입형의 N형 확산 영역에 의해 형성된다.As the outside of the photodiode PD, the first transfer transistor TRGa1, the second transfer transistor TRGb1, the reset transistor RST1, and the amplification transistor (according to a predetermined one side of the four sides of the rectangular pixel 10) AMP1) and the selection transistor SEL1 are arranged in a straight line, and according to the other one of the four sides of the rectangular pixel 10, the first transfer transistor TRGa2, the second transfer transistor TRGb2, and reset The transistor RST2, the reset transistor RST2, the amplifying transistor AMP2, and the selection transistor SEL2 are arranged in a straight line. The memories MEM1 and MEM2 are formed by, for example, a buried N-type diffusion region.

또한, 도 5에 도시한 화소 회로의 배치는, 이 예로 한정되지 않고, 기타의 배치로 하여도 좋다.Note that the arrangement of the pixel circuit shown in Fig. 5 is not limited to this example, and other arrangements may be used.

<7. 이면 조사형의 효과><7. Effect of back side irradiation type>

이상과 같은 수광 소자(1)에 의하면, 이하와 같은 효과를 이룰 수 있다.According to the light receiving element 1 as described above, the following effects can be achieved.

우선 수광 소자(1)는 이면 조사형익 때문에, 양자 효율(QE)×개구율(FF(Fill Factor))을 최대화할 수가 있어서, 수광 소자(1)에 의한 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.First, because the light-receiving element 1 can maximize the quantum efficiency (QE) × opening factor (FF (Fill Factor)) because of the back-illuminated wing, it is possible to improve the distance measurement characteristics by the light-receiving element 1.

예를 들면 도 7의 화살표(W11)로 도시하는 바와 같이, 통상의 표면 조사형의 이미지 센서는, 광전변환부인 PD(101)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 광입사면측에 배선(102)이나 배선(103)이 형성된 구조로 되어 있다.For example, as shown by the arrow W11 in Fig. 7, the normal surface irradiation type image sensor is wired 102 on the light incident surface side where light from the outside is incident from the PD 101 which is the photoelectric conversion unit. It has a structure in which the wiring 103 is formed.

그때문에, 예를 들면 외부로부터 화살표(A21)나 화살표(A22)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(101)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광의 일부는, 배선(102)이나 배선(103)에 차단되어 PD(101)에 입사되지 않은 일이 생긴다.For this reason, for example, as shown by arrows A21 and A22 from the outside, a portion of the light that enters at an angle to the PD 101 at a certain angle and enters the wiring 102 or the wiring It is blocked by (103), and a thing that does not enter the PD 101 occurs.

이에 대해, 이면 조사형의 이미지 센서는, 예를 들면 화살표(W12)로 도시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(104)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 광입사면과는 반대측의 면상에 배선(105)이나 배선(106)이 형성된 구조로 되어 있다.On the other hand, the back-illumination type image sensor is wired on a surface opposite to the light incident surface from which light from the outside enters the photoelectric conversion unit PD 104 as shown by, for example, an arrow W12. It has a structure where 105 or wiring 106 is formed.

그때문에, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있다. 즉, 예를 들면 외부로부터 화살표(A23)나 화살표(A24)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(104)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광은 배선에 차단되는 일 없이 PD(104)에 입사한다. 이에 의해, 보다 많은 광을 수광하여 화소의 감도를 향상시킬 수 있다.Therefore, a sufficient aperture ratio can be secured compared with the case of the surface irradiation type. That is, for example, as shown by the arrow A23 or the arrow A24 from the outside, the light incident at an angle to the PD 104 at an angle with a certain angle does not block the wiring, and the PD 104 ). Thereby, the sensitivity of the pixel can be improved by receiving more light.

이와 같은 이면 조사형으로 함에 의해 얻어지는 화소 감도의 향상 효과는, 이면 조사형의 ToF 센서인 수광 소자(1)에서도 얻을 수 있다.The effect of improving the pixel sensitivity obtained by making such a back-illumination type can be obtained also in the light-receiving element 1 which is a back-illumination type ToF sensor.

즉, 표면 조사형의 ToF 센서에서는, 화살표(W13)로 도시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(111)의 광입사면측에, 배선(112)이나 배선(113)이 형성된 구조로 되어 있다. 그때문에, 예를 들면 외부로부터 화살표(A25)나 화살표(A26)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(111)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광의 일부가 배선(112)이나 배선(113) 등에 차단되어 PD(111)에 입사되지 않은 일이 생긴다.That is, in the ToF sensor of the surface irradiation type, as shown by the arrow W13, the wiring 112 or the wiring 113 is formed on the light incident surface side of the PD 111 which is a photoelectric conversion unit. For this reason, for example, as shown by arrows A25 and A26 from the outside, a portion of the light that enters at an angle to the PD 111 at a certain angle and enters the wiring 112 or the wiring ( 113) It is blocked by the back, so that it does not enter the PD 111.

이에 대해, 이면 조사형의 ToF 센서는, 예를 들면 화살표(W14)로 도시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(115)의 광입사면과는 반대측의 면의 부분에, 전하 판독용의 전송 트랜지스터가 형성된 구조로 되어 있다. 또한, PD(115)의 광입사면과는 반대측의 면에, 배선(117)이나 배선(118)이 형성되어 있다. 이에 의해, 예를 들면 화살표(A28)나 화살표(A29)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(115)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광은 배선에 차단되는 일 없이 PD(115)에 입사한다.On the other hand, the back-illuminated ToF sensor, for example, as shown by an arrow W14, is a transfer transistor for reading a charge on a portion of the surface opposite to the light incident surface of the PD 115 which is the photoelectric conversion unit. Has a structure formed. In addition, the wiring 117 and the wiring 118 are formed on the surface opposite to the light incident surface of the PD 115. As a result, for example, as shown by arrow A28 or arrow A29, the light coming at an angle to the PD 115 at an angle with a certain angle does not block the wiring, and the PD 115 To join.

따라서 이면 조사형의 ToF 센서에서는, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있기 때문에, 양자 효율(QE)×개구율(FF)을 최대화할 수가 있어서, 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, in the back-illumination type ToF sensor, a sufficient aperture ratio can be secured as compared with the case of the surface-irradiation type, so that the quantum efficiency (QE) × aperture ratio (FF) can be maximized, thereby improving the distance measurement characteristics. have.

도 8은, 표면 조사형과 이면 조사형의 ToF 센서의 화소 단면도를 도시하고 있다.8 shows a pixel cross-sectional view of a ToF sensor of a surface irradiation type and a back irradiation type.

도 8 좌측의 표면 조사형의 ToF 센서에서는, 도면 중, 기판(141)의 상측이, 광입사면이고, 기판(141)의 광입사면측에, 복수층의 배선을 포함하는 배선층(152), 화소사이 차광막(153), 및, 온 칩 렌즈(154)가 적층되어 있다.In the left-side surface irradiation type ToF sensor of FIG. 8, in the drawing, the upper side of the substrate 141 is a light incident surface, and a wiring layer 152 including a plurality of wirings on the light incident surface side of the substrate 141, An inter-pixel light shielding film 153 and an on-chip lens 154 are stacked.

도 8 우측의 이면 조사형의 ToF 센서에서는, 도면 중, 광입사면과는 반대측이 되는 기판(142)의 하측에, 복수층의 배선을 포함하는 배선층(152)이 형성되어 있고, 광입사면측인 기판(142)의 상측에, 화소사이 차광막(153), 및, 온 칩 렌즈(154)가 적층되어 있다.In the back-illuminated ToF sensor on the right side of FIG. 8, in the drawing, a wiring layer 152 including a plurality of wirings is formed on the lower side of the substrate 142 opposite to the light-incident surface, and the light-incident surface side is formed. On the upper side of the phosphorus substrate 142, an inter-pixel light shielding film 153 and an on-chip lens 154 are stacked.

또한, 도 8에서 그레이의 사다리꼴 형상은, 적외광이 온 칩 렌즈(154)에서 집광됨에 의해, 광강도가 강한 영역을 나타내고 있다.In addition, in FIG. 8, the gray trapezoidal shape shows a region in which the light intensity is strong because infrared light is collected by the on-chip lens 154.

예를 들면, 표면 조사형의 ToF 센서에서는, 기판(141)의 광입사면측에 전하 판독용의 전송 트랜지스터(TG1 및 TG2)가 존재하는 영역(R11)이 있다. 표면 조사형의 ToF 센서에서는, 기판(141)의 광입사면 부근의 영역(R11)에서는 적외광의 강도는 강하므로, 영역(R11) 내에서 적외광의 광전변환이 행하여질 확률이 높아진다. 즉, 인액티브 탭 근방에 입사하는 적외광의 광량은 많기 때문, 액티브 탭에서 검출할 수 없게 되어 버리는 신호 캐리어가 많아지고, 전하 분리 효율이 저하되어 버린다.For example, in the surface irradiation type ToF sensor, there is a region R11 in which the transfer transistors TG1 and TG2 for charge reading exist on the light incident surface side of the substrate 141. In the ToF sensor of the surface irradiation type, since the intensity of infrared light is strong in the region R11 near the light incident surface of the substrate 141, the probability of photoelectric conversion of infrared light in the region R11 increases. That is, since the amount of infrared light incident on the vicinity of the inactive tap is large, the number of signal carriers that cannot be detected by the active tap increases, and the charge separation efficiency decreases.

이에 대해, 이면 조사형의 ToF 센서에서는, 기판(142)의 광입사면부터 먼 위치, 즉 광입사면측과는 반대측의 면 근방의 위치에, 액티브 탭 및 인액티브 탭이 형성되는 영역(R12)이 있다. 기판(142)은, 도 2에 도시한 반도체 기판(41)에 대응하고 있다.In contrast, in the back-illuminated ToF sensor, the area R12 where the active tab and the inactive tab are formed at a position far from the light incident surface of the substrate 142, that is, near the surface opposite to the light incident surface side There is this. The substrate 142 corresponds to the semiconductor substrate 41 shown in FIG. 2.

기판(142)의 광입사면측과는 반대측의 면의 부분에 영역(R12)이 있고, 영역(R12)은 광입사면부터 먼 위치에 있기 때문에, 그 영역(R12) 부근에서는, 입사한 적외광의 강도는 비교적 약하게 되어 있다.Since the region R12 is located on a portion of the surface of the substrate 142 opposite to the light incident surface side, and the region R12 is located at a position distant from the light incident surface, infrared light incident near the region R12 The strength of is relatively weak.

기판(142)의 중심 부근이나 광입사면 부근 등의 적외광의 강도가 강한 영역에서 광전변환에 의해 얻어진 신호 캐리어는, 액티브 탭 및 인액티브 탭이 형성하는 전계 구배에 의해 액티브 탭으로 유도되어, 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에서 검출된다.The signal carrier obtained by photoelectric conversion in a region where the intensity of infrared light is strong, such as in the vicinity of the center of the substrate 142 or near the light incident surface, is guided to the active tap by the electric field gradient formed by the active tab and the inactive tab, It is detected in the floating diffusion region FD of the active tap.

한편, 인액티브 탭을 포함하는 영역(R12) 부근에서는, 입사한 적외광의 강도는 비교적 약하기 때문에, 영역(R12) 내에서 적외광의 광전변환이 행하여질 확률은 낮아진다. 즉, 인액티브 탭 근방에 입사하는 적외광의 광량은 적기 때문에, 인액티브 탭 부근에서의 광전변환에 의해 발생하고, 인액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)으로 이동하여 버리는 신호 캐리어(전자)의 수는 적어져서, 전하 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 결과로서 거리측정 특성을 개선할 수 있다.On the other hand, in the vicinity of the region R12 including the inactive tab, since the intensity of the incident infrared light is relatively weak, the probability of photoelectric conversion of the infrared light in the region R12 is low. That is, since the amount of infrared light incident on the vicinity of the inactive tap is small, the photocarrier generated by photoelectric conversion in the vicinity of the inactive tap moves to the floating diffusion region (FD) of the inactive tap, and the signal carrier (electron) Since the number is small, it is possible to improve the charge separation efficiency. As a result, the distance measurement characteristics can be improved.

또한, 이면 조사형의 수광 소자(1)에서는, 반도체 기판(41)의 박층화를 실현할 수 있기 때문에, 신호 캐리어인 전자(전하)의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, in the light-receiving element 1 of the back side irradiation type, since the thinning of the semiconductor substrate 41 can be realized, the extraction efficiency of electrons (charges) as a signal carrier can be improved.

예를 들면, 표면 조사형의 ToF 센서에서는 개구율을 충분히 확보할 수가 없기 때문에, 도 9의 화살표(W31)로 도시하는 바와 같이, 보다 높은 양자 효율을 확보하고, 양자 효율×개구율의 저하를 억제하기 위해 기판(171)을 어느 정도 두껍게 할 필요가 있다.For example, since the aperture ratio cannot be sufficiently secured in the surface-irradiated ToF sensor, as shown by arrow W31 in FIG. 9, higher quantum efficiency is ensured, and quantum efficiency × decrease in aperture ratio is suppressed. For this, it is necessary to thicken the substrate 171 to some extent.

그러면, 기판(171) 내에서의 광입사면과는 반대측의 면 근방의 영역, 예를 들면 영역(R21)의 부분에서 포텐셜의 경사가 완만해지고, 실질적으로 기판(171)과 수직한 방향의 전계가 약해져 버린다. 이 경우, 신호 캐리어의 이동 속도가 늦어지기 때문에, 광전변환이 행하여지고 나서 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에 신호 캐리어가 전송될 때까지 필요해지는 시간이 길어져 버린다. 또한, 도 9에서는, 기판(171) 내의 화살표는, 기판(171)에서의 기판(171)과 수직한 방향의 전계를 도시하고 있다.Then, the inclination of the potential in the region near the surface opposite to the light incident surface in the substrate 171, for example, the portion of the region R21 becomes gentle, and the electric field in a direction substantially perpendicular to the substrate 171 Becomes weak. In this case, since the moving speed of the signal carrier is slow, the time required for the signal carrier to be transmitted to the floating diffusion region FD of the active tap after photoelectric conversion is performed becomes longer. In addition, in FIG. 9, an arrow in the substrate 171 shows an electric field in a direction perpendicular to the substrate 171 in the substrate 171.

또한, 기판(171)이 두꺼우면, 기판(171) 내의 액티브 탭으로부터 먼 위치로부터, 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)까지의 신호 캐리어의 이동 거리가 길어진다. 따라서 액티브 탭으로부터 먼 위치에서는, 광전변환이 행하여지고 나서 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에 신호 캐리어가 전송될 때까지 필요해지는 시간이 더욱 길어져 버린다. 그때문에, 전송 트랜지스터(TG)의 배분이 전환된 후에, 액티브 탭에 도달하여, 오신호가 되는 일이 있다.In addition, when the substrate 171 is thick, the distance of movement of the signal carrier from the position distant from the active tab in the substrate 171 to the floating diffusion region FD of the active tab becomes long. Therefore, at a position distant from the active tap, the time required until the signal carrier is transmitted to the floating diffusion region FD of the active tap after the photoelectric conversion is performed becomes longer. For this reason, after the distribution of the transfer transistor TG is switched, the active tap is reached, which may cause a false signal.

도 10은, 기판(171)의 두께 방향의 위치와, 신호 캐리어의 이동 속도와의 관계를 도시하고 있다. 영역(R21)은 확산 전류 영역에 대응한다.10 shows the relationship between the position of the substrate 171 in the thickness direction and the moving speed of the signal carrier. The region R21 corresponds to the diffusion current region.

이처럼 기판(171)이 두꺼워지면, 예를 들면 구동 주파수가 높은 때, 즉 탭의 액티브와 인액티브의 전환을 고속으로 행할 때에, 영역(R21) 등의 액티브 탭으로부터 먼 위치에서 발생한 전자를 완전히 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에 모두 인입할 수 없게 되어 버린다. 즉, 탭이 액티브로 되어 있는 시간이 짧으면, 영역(R21) 내 등에서 발생한 전자(전하)를 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에서 검출할 수 없게 되어 버리는 일이 생기고, 전자의 취출 효율이 저하된다.When the substrate 171 is thick as described above, electrons generated at a position distant from the active tap, such as the region R21, are fully active, for example, when the driving frequency is high, that is, when switching the active and inactive taps at a high speed. It cannot be brought into all of the floating diffusion region FD of the tab. That is, when the time for which the tap is active is short, electrons (charges) generated in the region R21 or the like cannot be detected in the floating diffusion region FD of the active tap, and electron extraction efficiency is lowered. do.

이에 대해 이면 조사형의 ToF 센서에서는, 충분한 개구율을 확보할 수가 있어서, 예를 들면 도 9의 화살표(W32)로 도시하는 바와 같이 기판(172)을 얇게 하여도 충분한 양자 효율×개구율을 확보할 수 있다. 여기서, 기판(172)은 도 2의 반도체 기판(41)에 대응하고, 기판(172) 내의 화살표는, 기판(172)과 수직한 방향의 전계를 도시하고 있다.On the other hand, in the back-illuminated ToF sensor, sufficient aperture ratio can be secured, and sufficient quantum efficiency × aperture ratio can be ensured even if the substrate 172 is thin, as shown by the arrow W32 in FIG. 9, for example. have. Here, the substrate 172 corresponds to the semiconductor substrate 41 of FIG. 2, and the arrow in the substrate 172 shows an electric field in a direction perpendicular to the substrate 172.

도 11은, 기판(172)의 두께 방향의 위치와, 신호 캐리어의 이동 속도와의 관계를 도시하고 있다.11 shows the relationship between the position of the substrate 172 in the thickness direction and the moving speed of the signal carrier.

이처럼 기판(172)의 두께를 얇게 하면, 실질적으로 기판(172)에 수직한 방향의 전계가 강해지고, 신호 캐리어의 이동 속도가 빠른 드리프트 전류 영역만의 전자(전하)만을 사용하고, 신호 캐리어의 이동 속도가 느린 확산 전류 영역의 전자를 사용하지 않는다. 드리프트 전류 영역만의 전자(전하)만을 사용함으로써, 광전변환이 행하여지고 나서 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에서 신호 캐리어가 검출될 때까지 필요해지는 시간이 짧아진다. 또한, 기판(172)의 두께가 얇아지면, 신호 캐리어의 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)까지의 이동 거리도 짧아진다.When the thickness of the substrate 172 is reduced as described above, the electric field in the direction substantially perpendicular to the substrate 172 becomes stronger, and only electrons (charges) in the drift current region having a fast moving speed of the signal carrier are used, and the signal carrier Do not use electrons in the diffusion current region with a slow moving speed. By using only electrons (charges) in the drift current region only, the time required for signal carriers to be detected in the floating diffusion region FD of the active tap after photoelectric conversion is performed is shortened. In addition, when the thickness of the substrate 172 becomes thin, the moving distance of the active tab of the signal carrier to the floating diffusion region FD is also shortened.

이로써, 이면 조사형의 ToF 센서에서는, 구동 주파수가 높은 때라도 기판(172) 내의 각 영역에서 발생한 신호 캐리어(전자)를 액티브 탭의 부유 확산 영역(FD)에 충분히 인입할 수 있고, 전자가 취출 효율을 향상시킬 수 있다.As a result, in the back-illuminated ToF sensor, even when the driving frequency is high, signal carriers (electrons) generated in each region of the substrate 172 can be sufficiently drawn into the floating diffusion region FD of the active tap, and electrons are taken out. Improve it.

또한, 기판(172)의 박층화에 의해, 높은 구동 주파수라도 충분한 전자의 취출 효율을 확보할 수 있고, 고속 구동 내성(耐性)을 향상시킬 수 있다.In addition, by thinning the substrate 172, sufficient electron extraction efficiency can be secured even at a high driving frequency, and high-speed driving resistance can be improved.

특히, 이면 조사형의 ToF 센서에서는, 충분한 개구율을 얻을 수 있기 때문에, 그만큼 화소를 미세화할 수 있고, 화소의 미세화 내성을 향상시킬 수 있다.In particular, in the back-illuminated ToF sensor, since sufficient aperture ratio can be obtained, the pixel can be miniaturized as much as possible, and the miniaturization resistance of the pixel can be improved.

그 밖에, 수광 소자(1)에서는 이면 조사형으로 함으로써 BEOL(Back End Of Line) 설계의 자유화가 가능해지고, 이에 의해 포화 신호량(Qs)의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.In addition, in the light-receiving element 1, a back-illumination type enables liberalization of a back end of line (BEOL) design, thereby improving the design freedom of the saturation signal amount Qs.

<8. 화소의 제2 구성례에 관한 단면도><8. Cross-sectional view of second configuration example of pixel>

도 12는, 화소(10)의 제2 구성례를 도시하는 단면도이다.12 is a cross-sectional view showing a second configuration example of the pixel 10.

도 12에서, 도 2에 도시한 제1 구성례와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.In FIG. 12, the same reference numerals are given to parts corresponding to the first configuration example shown in FIG. 2, and descriptions of the parts are appropriately omitted.

도 12의 제2 구성례에서는, 도 2의 제1 구성례에서 반도체 기판(41)의 이면측(온 칩 렌즈(47)측)부터 파들어가 형성된 DTI(Deep Trench Isolation)인 화소간 분리부(61)가, 반도체 기판(41)을 관통하는 화소간 분리부(211)로 치환된 점이 다르고, 기타의 점에서 공통된다.In the second configuration example of FIG. 12, in the first configuration example of FIG. 2, an inter-pixel separation unit (DTI (Deep Trench Isolation)) formed from the back side of the semiconductor substrate 41 (on-chip lens 47 side) is formed ( The point 61 is replaced with the inter-pixel separation portion 211 passing through the semiconductor substrate 41 is different, and is common in other points.

화소간 분리부(211)는, 반도체 기판(41)의 이면측(온 칩 렌즈(47)측) 또는 표면측부터 반대측의 기판면에 관통할 때까지 트렌치를 형성하고, 그 내부에, 반사 방지막(43)의 최상층의 재료인 산화실리콘막(55)을 매입함에 의해 형성된다. 화소간 분리부(211)로서 트렌치 내에 매입하는 재료는, 산화실리콘막(55) 등의 절연막 외에, 예를 들면, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 질화티탄(TiN) 등의 금속재료라도 좋다.The inter-pixel separation unit 211 forms a trench from the back surface side (on-chip lens 47 side) or surface side of the semiconductor substrate 41 until it penetrates the substrate surface on the opposite side, and therein, an antireflection film It is formed by embedding the silicon oxide film 55 which is the material of the uppermost layer of (43). Materials interposed in the trench as the inter-pixel separation section 211 include, for example, tungsten (W), aluminum (Al), titanium (Ti), and titanium nitride (TiN), in addition to an insulating film such as a silicon oxide film 55. Metal materials, such as, may be sufficient.

이와 같은 화소간 분리부(211)를 형성함에 의해, 인접하는 화소끼리를 전기적으로 완전 분리할 수 있다. 이에 의해, 입사광이 옆의 화소(10)로 관통하는 것을 방지하고, 차체화소 내에 가둠과 함께, 인접하는 화소(10)로부터의 입사광의 누입을 방지한다.By forming the inter-pixel separation unit 211, adjacent pixels can be electrically completely separated. This prevents the incident light from penetrating into the adjacent pixel 10 and confines it in the vehicle body pixel and prevents the incident light from adjoining the pixel 10 from leaking.

제2 구성례에서도, 이면 조사형의 화소 구조로 함으로써, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있고, 양자 효율(QE)×개구율(FF)을 최대화할 수 있다.Also in the second configuration example, by setting the pixel structure of the back side irradiation type, a sufficient aperture ratio can be secured as compared with the case of the surface irradiation type, and the quantum efficiency (QE) × aperture ratio (FF) can be maximized.

또한, 다층 배선층(42)의 복수의 금속막(M) 중, 반도체 기판(41)에 가장 가까운 제1 금속막(M1)의, 포토 다이오드(PD)의 형성 영역의 하방에 위치하는 영역에, 차광 부재(반사부재)(63)를 구비함에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광을, 차광 부재(63)에서 반사시켜서 반도체 기판(41) 내로 재차 입사시킨다. 이에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환된 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율(QE), 즉 적외광에 대한 화소(10)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광이, 금속막(M)에서 산란하여, 근방 화소에 입사하여 버리는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 근방 화소에서 잘못 광을 검지하여 버리는 것을 막을 수 있다.Further, among the plurality of metal films M of the multilayer wiring layer 42, in a region located below the formation region of the photodiode PD of the first metal film M1 closest to the semiconductor substrate 41, By providing the light blocking member (reflecting member) 63, the infrared light transmitted through the semiconductor substrate 41 without photoelectric conversion in the semiconductor substrate 41 is reflected by the light blocking member 63 to reflect the semiconductor substrate 41 ) To re-enter. As a result, the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is increased, so that the quantum efficiency QE, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light can be improved. In addition, it is possible to suppress that infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is scattered by the metal film M and enters a nearby pixel. Thereby, it is possible to prevent wrong light from being detected and discarded from the nearby pixels.

<9. 화소의 제3 구성례에 관한 단면도><9. Cross-sectional view of a third configuration example of pixels>

도 13은, 화소(10)의 제3 구성례를 도시하는 단면도이다.13 is a cross-sectional view showing a third configuration example of the pixel 10.

도 13에서, 도 2에 도시한 제1 구성례와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.In FIG. 13, the same reference numerals are given to parts corresponding to the first configuration example shown in FIG. 2, and descriptions of the parts are appropriately omitted.

도 13의 제3 구성례에서는, 반도체 기판(41)(의 P형의 반도체 영역(51))의 포토 다이오드(PD)의 형성 영역의 상방에 위치하는 PD 상부 영역(223)이, 미세한 요철이 형성된 모스아이 구조로 되어 있다. 또한, 반도체 기판(41)의 PD 상부 영역(223)의 모스아이 구조에 대응하여, 그 상면에 형성된 반사 방지막(221)도 모스아이 구조로 형성되어 있다. 반사 방지막(221)은, 제1 구성례와 마찬가지로, 산화하프늄막(53), 산화알루미늄막(54), 및, 산화실리콘막(55)의 적층에 의해 구성되어 있다.In the third configuration example of Fig. 13, the PD upper region 223 located above the formation region of the photodiode PD of the semiconductor substrate 41 (the P-type semiconductor region 51) has fine irregularities. It has a formed mos-eye structure. In addition, the anti-reflection film 221 formed on the upper surface of the PD upper region 223 of the semiconductor substrate 41 is also formed with a mos-eye structure. The antireflection film 221 is formed by laminating a hafnium oxide film 53, an aluminum oxide film 54, and a silicon oxide film 55, similarly to the first configuration example.

이와 같이, 반도체 기판(41)의 PD 상부 영역(223)을 모스아이 구조로 함으로써, 기판 계면에서의 급격한 굴절율의 변화를 완화하고, 반사광에 의한 영향을 저감시킬 수 있다.In this way, by making the PD upper region 223 of the semiconductor substrate 41 a moth-eye structure, it is possible to alleviate a sudden change in refractive index at the substrate interface and reduce the influence of reflected light.

또한, 도 13에서는, 반도체 기판(41)의 이면측(온 칩 렌즈(47)측)부터 파들어가 형성된 DTI로 형성된 화소간 분리부(61)가, 도 2의 제1 구성례의 화소간 분리부(61)보다도, 약간 깊은 위치까지 형성되어 있다. 화소간 분리부(61)가 형성된 기판 두께 방향의 깊이는, 이와 같이 임의의 깊이로 할 수 있다.In addition, in FIG. 13, the inter-pixel separation unit 61 formed of DTI formed from the back side of the semiconductor substrate 41 (on-chip lens 47 side) is formed, and the inter-pixel separation of the first configuration example in FIG. It is formed to a slightly deeper position than the part 61. The depth in the thickness direction of the substrate on which the inter-pixel separation portion 61 is formed can be set to any depth as described above.

제3 구성례에서, 기타의 점은, 제1 구성례와 마찬가지이다.In the third configuration example, other points are the same as those in the first configuration example.

<10. 화소의 제4 구성례에 관한 단면도><10. Cross-sectional view of fourth configuration example of pixels>

도 14는, 화소(10)의 제4 구성례를 도시하는 단면도이다.14 is a cross-sectional view showing a fourth configuration example of the pixel 10.

도 14에서, 상술한 제1 내지 제3 구성례와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.In FIG. 14, the same reference numerals are given to parts corresponding to the above-described first to third configuration examples, and descriptions of the parts are omitted as appropriate.

도 14의 제4 구성례는, PD 상부 영역(223)이 모스아이 구조의 기판 계면과 반사 방지막(221)을 갖는 점에서, 도 13에 도시한 제3 구성례와 공통된다.The fourth configuration example in FIG. 14 is common to the third configuration example shown in FIG. 13 in that the PD upper region 223 has a substrate interface of a moth-eye structure and an antireflection film 221.

한편, 도 14의 제4 구성례는, 반도체 기판(41) 전체를 관통한 화소간 분리부(211)를 갖는 점에서, 도 12에 도시한 제2 구성례와 공통된다.On the other hand, the fourth configuration example in FIG. 14 is common to the second configuration example shown in FIG. 12 in that it has an inter-pixel separation portion 211 penetrating the entire semiconductor substrate 41.

환언하면, 도 14의 제4 구성례는, 제2 구성례의 화소간 분리부(211)와, 제3 구성례의 모스아이 구조의 반도체 기판(41) 및 반사 방지막(221)의 양방을 구비한다. 기타의 점은, 제2 구성례 또는 제3 구성례와 마찬가지이다.In other words, the fourth configuration example of FIG. 14 includes both the pixel-to-pixel separation unit 211 of the second configuration example, and the semiconductor substrate 41 and the anti-reflection film 221 of the third configuration example. do. Other points are the same as the second configuration example or the third configuration example.

제3 및 제4 구성례에서도, 이면 조사형의 화소 구조로 함으로써, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있고, 양자 효율(QE)×개구율(FF)을 최대화할 수 있다.Also in the third and fourth configuration examples, by setting the pixel structure of the back side irradiation type, a sufficient aperture ratio can be ensured as compared with the case of the surface irradiation type, and the quantum efficiency (QE) × opening ratio (FF) can be maximized. .

또한, 다층 배선층(42)의 소정의 금속막(M)에 차광 부재(반사부재)(63)를 구비함에 의해, 적외광에 대한 화소(10)의 감도를 향상시킴과 함께, 근방 화소에서 잘못 광을 검지하여 버리는 것을 막을 수 있다.In addition, by providing a light blocking member (reflecting member) 63 on a predetermined metal film M of the multilayer wiring layer 42, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light is improved, and it is wrong in the vicinity of the pixel. The light can be detected and prevented from being discarded.

<11. 화소의 제5 구성례에 관한 단면도><11. Cross-sectional view of a fifth configuration example of pixels>

도 15는, 화소(10)의 제5 구성례를 도시하는 단면도이다.15 is a cross-sectional view showing a fifth configuration example of the pixel 10.

도 15에서, 상술한 제1 내지 제4 구성례와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.In Fig. 15, the same reference numerals are given to parts corresponding to the above-described first to fourth configuration examples, and descriptions of the parts are appropriately omitted.

상술한 제1 내지 제4 구성례에서, 화소 경계부(44)에 마련한 화소간 분리부(61) 또는 화소간 분리부(211)는, 생략하여도 좋다.In the above-described first to fourth configuration examples, the inter-pixel separation portion 61 or the inter-pixel separation portion 211 provided in the pixel boundary portion 44 may be omitted.

예를 들면, 상술한 제3 구성례의 화소간 분리부(61), 또는, 제4 구성례의 화소간 분리부(211)를 생략하면, 도 15와 같은 구조가 된다.For example, if the inter-pixel separation section 61 of the third configuration example or the inter-pixel separation section 211 of the fourth configuration example is omitted, a structure as shown in FIG. 15 is obtained.

도 15의 제5 구성례는, 제3 구성례의 화소간 분리부(61), 또는, 제4 구성례의 화소간 분리부(211)를 생략한 구성을 가지며, 반사 방지막(221)이, 화소 경계부(44)에서 평탄하게 형성되어 있다. 기타의 구성은, 제3 구성례 또는 제4 구성례와 마찬가지이다.The fifth configuration example of FIG. 15 has a configuration in which the inter-pixel separation unit 61 of the third configuration example or the inter-pixel separation unit 211 of the fourth configuration example is omitted, and the anti-reflection film 221 is provided. The pixel boundary portion 44 is formed flat. Other configurations are the same as the third configuration example or the fourth configuration example.

<모스아이 구조의 사시도><Perspective view of the mos-eye structure>

도 16의 A는, 반도체 기판(41)의 PD 상부 영역(223)에 형성되어 있는 모스아이 구조의 사시도이다.16A is a perspective view of a moth-eye structure formed in the PD upper region 223 of the semiconductor substrate 41.

반도체 기판(41)의 모스아이 구조는, 예를 들면, 도 16의 A에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(41)측에 정점(頂点)을 갖는 개략 동형상(同形狀)이면서 개략 같은 크기의 복수의 사각추의 영역이 규칙적으로(격자형상으로) 마련된 구성이 된다.The mos-eye structure of the semiconductor substrate 41 is, for example, of approximately the same shape and roughly the same size having a vertex on the semiconductor substrate 41 side, as shown in Fig. 16A. The area of a plurality of square weights is a structure provided regularly (lattice shape).

또한, 도 16의 A에서는, 반도체 기판(41)의 상측이, 광의 입사측, 즉 온 칩 렌즈(47)측이다.16A, the upper side of the semiconductor substrate 41 is the incident side of light, that is, the on-chip lens 47 side.

모스아이 구조는, 반도체 기판(41)의 광입사면측에 형성되고, 포토 다이오드(PD)측에 정점을 갖는 사각추형상의 복수의 영역이 규칙적으로 나열하도록 배열된 역(逆)피라미드 구조로 되어 있다. 각 사각추의 저면은 정방형으로 되어 있고, 각 사각추형상의 영역은 포토 다이오드(PD)측에 볼록하게 되도록, 반도체 기판(41)이 파들어가져서 형성되어 있다. 도 16의 A에서, 예를 들면, 화살표(W51)에 도시하는 부분이, 각 사각추 영역의 포토 다이오드(PD)측에 있는 정점 부분의 오목부로 되어 있다. 화살표(W51)에 도시하는 오목부는, 예를 들면, 곡률을 가지며, 둥그스름한 형상으로 되어 있다.The mos-eye structure is an inverted pyramid structure formed on the light incident surface side of the semiconductor substrate 41 and arranged so that a plurality of square pyramid regions having peaks on the photodiode (PD) side are arranged regularly. . The bottom surface of each quadrangular pyramid is square, and the semiconductor substrate 41 is formed by digging so that each quadrangular pyramidal region is convex on the photodiode PD side. In Fig. 16A, for example, the portion shown by the arrow W51 serves as a concave portion of the vertex portion on the photodiode PD side of each quadrangular region. The concave portion shown in the arrow W51 has, for example, a curvature and has a round shape.

또한, 모스아이 구조의 각 사각추의 각 오목부만이 아니라, 도 16의 B에서 해치가 시행된 부분인 각 사각추의 영역의 사변(斜邊) 부분도, 어느 정도 곡률을 갖도록 하여도 좋다. 이와 같이 사변 부분에도 곡률을 갖게 함으로써, 평탄화막(46)의 형성 얼룩이나 벗겨짐의 억제 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, not only the respective concave portions of each quadrangular pyramid of the mos-eye structure, but also the quadrilateral portions of the regions of each quadrangular pyramid, which are hatched in FIG. 16B, may have a certain degree of curvature. By providing the curvature also in the quadrilateral portion, the effect of suppressing the unevenness and peeling of the planarization film 46 can be further improved.

도 17은, 반도체 기판(41)의 모스아이 구조의 기타의 예를 도시하는 사시도이다.17 is a perspective view showing another example of the moth-eye structure of the semiconductor substrate 41.

도 16에서는, 모스아이 구조는 포토 다이오드(PD)측에 정점을 갖는 사각추의 영역이 되는 역피라미드 구조로 된 예에 관해 설명하였지만, 예를 들면, 도 17에 도시되는 바와 같이, 순(順)피라미드 구조로 하여도 좋다.In FIG. 16, the example of the mos-eye structure has been described as an inverted pyramid structure that becomes a region of a quadrangular pyramid having a vertex on the photodiode (PD) side, but, for example, as shown in FIG. Pyramid structure may be used.

구체적으로는, 도 17의 A에 도시되는 바와 같이, 모스아이 구조는, 반도체 기판(41)에서의 광의 입사측의 면에 형성되어 있다. 그리고, 이 모스아이 구조는, 광이 입사하는 측인 온 칩 렌즈(47)측에 정점을 갖는 복수의 사각추의 영역이, 규칙적으로, 즉 격자형상으로 배열된 순피라미드 구조로 되어 있다.Specifically, as shown in Fig. 17A, the mos-eye structure is formed on the surface of the semiconductor substrate 41 on the incident side of light. In addition, this mos-eye structure is a pure pyramid structure in which regions of a plurality of quadrangular pyramids having vertices on the side of the on-chip lens 47, which is the side to which light enters, are arranged regularly, that is, in a grid shape.

또한, 도 17의 A에서도, 복수의 각 사각추의 영역은 개략 동형상 및 거의 같은 크기로 되어 있고, 각 사각추의 저면은 정방형으로 되어 있다. 또한, 각 사각추형상의 영역이 포토 다이오드(PD)측과는 반대측으로 볼록하게 되도록, 반도체 기판(41)이 파들어가저서 그들 사각추형상의 영역이 형성되어 있다.Further, in Fig. 17A, the areas of the plurality of square weights are roughly the same shape and almost the same size, and the bottom surface of each square weight is square. In addition, the semiconductor substrate 41 is cut so that each quadrangular pyramid-shaped region is convex on the opposite side to the photodiode PD side, and these quadrangular pyramidal regions are formed.

예를 들면, 화살표(W71)로 도시하는 부분이, 각 사각추의 영역의 포토 다이오드(PD)측에 있는 저변 부분의 오목부로 되어 있다. 화살표(W71)로 도시하는 오목부는, 도 16에 도시한 예와 마찬가지로, 반도체 기판(41)의 광의 입사측부터 포토 다이오드(PD)를 향하는 방향과 개략 평행한 단면(斷面)을 본 때에, 포토 다이오드(PD)측으로 볼록하게 되는 부분이 곡률을 가지며, 둥그스름한 형상으로 되어 있다.For example, the portion indicated by the arrow W71 serves as a concave portion of the bottom portion on the photodiode PD side of each quadrangular pyramid region. When the concave portion shown by the arrow W71 is similar to the example shown in FIG. 16, when the cross section roughly parallel to the direction from the incident side of the semiconductor substrate 41 toward the photodiode PD is viewed, The portion convex toward the photodiode PD has a curvature and has a round shape.

도 17의 B에서 해치가 시행된, 위로 볼록한 각 사각추의 저변으로 이루어지는 부분이 곡률을 갖도록 형성할 수 있고, 이 경우, 도 16에 도시한 예와 마찬가지로, 반도체 기판(41)상에 형성되는 평탄화막(46)의 형성 얼룩이나 벗겨짐을 억제할 수 있다.In FIG. 17B, a portion made of the bottom of each quadrangular convex, which is hatched, can be formed to have a curvature, and in this case, as in the example shown in FIG. 16, the planarization formed on the semiconductor substrate 41 Unevenness and peeling of the film 46 can be suppressed.

도 18은, 반도체 기판(41)의 모스아이 구조의 또한 기타의 예를 도시하는 사시도이다.18 is a perspective view showing another example of the moth-eye structure of the semiconductor substrate 41.

모스아이 구조는, 예를 들면, 도 18의 A에 도시하는 바와 같이, 미세한 요철 부분의 저면이 장방형이 되도록 하여도 좋다.The moth-eye structure may be such that, for example, as shown in Fig. 18A, the bottom surface of the minute uneven portion is rectangular.

도 18의 A의 모스아이 구조는, 반도체 기판(41)의 광입사면측에 형성되어 있고, 화소(10)의 종방향(수직 방향) 또는 횡방향(수평 방향)으로 긴(長い) 라인형상의 오목부를 갖고 있다.The mos-eye structure of Fig. 18A is formed on the light incident surface side of the semiconductor substrate 41, and has a long line shape in the longitudinal direction (vertical direction) or transverse direction (horizontal direction) of the pixel 10. It has a recess.

보다 구체적으로는, 도 18의 A의 모스아이 구조는, 도 13 내지 도 15의 단면도와 같은 방향의 단면을 본 때에 톱니 형상이고, 개략 동형상이면서 거의 같은 크기의 복수의 삼각주(三角柱)를, 삼각형의 하나의 정점과, 삼각주의 하나의 장방형의 면을, 포토 다이오드(PD)를 향하는 상태로, 일방향으로 나열하여 얻어지는 형상으로 되어 있다.More specifically, the mos-eye structure of A in Fig. 18 is a sawtooth shape when viewed in cross-section in the same direction as the cross-sectional views in Figs. 13 to 15. It has a shape obtained by arranging one vertex of the triangle and one rectangular surface of the triangle toward the photodiode PD in one direction.

도 18의 A에서, 예를 들면 화살표(W91)로 도시하는 부분이 오목부로 되어 있고, 예를 들면 화살표(W92)로 도시하는 부분이 볼록부로 되어 있다. 각 오목부의 해치가 시행되어 있는 부분은, 소정의 곡률을 갖는 둥그스름한 형상으로 되어 있다. 따라서 이 예에서도, 반도체 기판(41)상에 형성된 평탄화막(46)의 형성 얼룩이나 벗겨짐을 억제할 수 있다.In FIG. 18A, for example, a portion indicated by an arrow W91 is a concave portion, and a portion indicated by an arrow W92, for example, is a convex portion. The part where the hatch of each recess is applied has a round shape having a predetermined curvature. Therefore, even in this example, formation unevenness or peeling of the planarization film 46 formed on the semiconductor substrate 41 can be suppressed.

또한, 반도체 기판(41)의 모스아이 구조는, 사각추의 형상이 개략 같은 크기로 규칙적으로 배열된 구성 외에, 도 18의 B에 도시되는 바와 같이, 각각 다른 크기의 사각추의 형상이, 불규칙하게 배치된 구조라도 좋다.In addition, in the mos-eye structure of the semiconductor substrate 41, in addition to the configuration in which the shape of the square weight is regularly arranged in the same size, as shown in FIG. 18B, the shapes of the square weights of different sizes are irregularly arranged. The structure may be fine.

도 18의 B에 도시되는 예에서는, 온 칩 렌즈(47)측에 정점을 갖는 사각추의 영역이 불규칙하게 나열하는 순피라미드 구조로 되어 있다. 또한, 복수의 각 사각추의 영역의 크기도 같은 크기로는 되어 있지 않다. 즉, 사각추의 크기 및 배치가 랜덤하게 되어 있다.In the example shown in Fig. 18B, the area of the quadrangular pyramid having an apex on the on-chip lens 47 side has a pure pyramid structure arranged irregularly. In addition, the sizes of the areas of the plurality of square weights are not the same. That is, the size and arrangement of the square weights are random.

예를 들면, 화살표(W93)나 화살표(W94)로 도시하는 부분이 오목부로 되어 있고, 이 오목부가 곡률을 가지며, 둥그스름한 형상으로 되어 있다. 이에 의해, 반도체 기판(41)상에 형성된 평탄화막(46)의 형성 얼룩이나 벗겨짐을 억제할 수 있다.For example, the part shown by the arrow W93 or the arrow W94 is a concave part, and the concave part has a curvature and has a round shape. Thereby, formation unevenness or peeling of the planarization film 46 formed on the semiconductor substrate 41 can be suppressed.

도 18의 B에서는, 온 칩 렌즈(47)측에 정점을 갖는 복수의 사각추의 영역이 랜덤하게 배열된 순피라미드 구조의 모스아이 구조를 나타냈지만, 도 16에 도시한 역피라미드 구조에서도, 복수의 사각추의 영역의 크기나 배치를 랜덤하게 한 구조도 물론 가능하다.In FIG. 18B, a mos-eye structure of a pure pyramid structure in which regions of a plurality of quadrangular pyramids having vertices are randomly arranged on the on-chip lens 47 side is shown, but in the reverse pyramid structure shown in FIG. 16, a plurality of It is of course possible to have a structure in which the size or arrangement of the area of the square weight is random.

PD 상부 영역(223)에 형성되어 있는 반도체 기판(41)의 모스아이 구조는, 예를 들면, 도 16 내지 도 18에 도시한 형상과 같이 구성할 수 있다. 이에 의해, 기판 계면에서의 급격한 굴절율의 변화를 완화하고, 반사광에 의한 영향을 저감시킬 수 있다.The moth-eye structure of the semiconductor substrate 41 formed in the PD upper region 223 can be configured, for example, as shown in FIGS. 16 to 18. Thereby, abrupt change in refractive index at the substrate interface can be alleviated, and the influence of the reflected light can be reduced.

또한, 모스아이 구조를 채용한 제3 내지 제5 구성례에서는, 모스아이 구조에 의한 반사 방지 효과가 충분한 경우에는, 그 위의 반사 방지막(221)을 생략하여도 좋다.In addition, in the third to fifth structural examples employing the moth-eye structure, when the anti-reflection effect by the mos-eye structure is sufficient, the anti-reflection film 221 thereon may be omitted.

<12. 화소의 제6 구성례에 관한 단면도><12. Cross-sectional view of the sixth configuration example of pixels>

도 19는, 화소(10)의 제6 구성례를 도시하는 단면도이다.19 is a cross-sectional view showing a sixth configuration example of the pixel 10.

도 19에서, 상술한 제1 내지 제5 구성례와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략한다.In FIG. 19, the same reference numerals are given to parts corresponding to the above-described first to fifth configuration examples, and descriptions of the parts are appropriately omitted.

상술한 제1 내지 제5 구성례에서는, 수광 소자(1)가 1장의 반도체 기판, 즉 반도체 기판(41)만을 이용하여 구성되어 있지만, 도 19의 제6 구성례에서는, 반도체 기판(41)과 반도체 기판(301)의 2장의 반도체 기판을 이용하여 구성되어 있다. 이하에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 반도체 기판(41)과 반도체 기판(301)을, 각각, 제1 기판(41)과 제2 기판(301)이라고도 칭하여 설명한다.In the above-described first to fifth configuration examples, the light-receiving element 1 is configured using only one semiconductor substrate, that is, the semiconductor substrate 41. In the sixth configuration example in FIG. 19, the semiconductor substrate 41 and It consists of two semiconductor substrates of the semiconductor substrate 301. Hereinafter, in order to facilitate understanding, the semiconductor substrate 41 and the semiconductor substrate 301 are also referred to as first substrate 41 and second substrate 301, respectively.

도 19의 제6 구성례에서, 제1 기판(41)의 광입사면측에, 화소사이 차광막(45), 평탄화막(46), 및, 온 칩 렌즈(47)가 형성되어 있는 점은, 도 2의 제1 구성례와 마찬가지이다. 제1 기판(41)의 이면측의 화소 경계부(44)에는, 화소간 분리부(61)가 형성되어 있는 점도, 도 2의 제1 구성례와 마찬가지이다.In the sixth configuration example in FIG. 19, the inter-pixel light-shielding film 45, the planarizing film 46, and the on-chip lens 47 are formed on the light incident surface side of the first substrate 41. It is the same as the 1st structural example of 2. The viscosity at which the inter-pixel separation portion 61 is formed in the pixel boundary portion 44 on the back surface side of the first substrate 41 is the same as in the first configuration example in FIG. 2.

또한, 제1 기판(41)에, 광전변환부인 포토 다이오드(PD)가 화소 단위로 형성되어 있는 점, 제1 기판(41)의 표면측에, 2개의 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2)나, 전하 축적부로서의 부유 확산 영역(FD1 및 FD2)이 형성되어 있는 점도 마찬가지이다.Further, the first substrate 41 has a photodiode PD as a photoelectric conversion unit formed in units of pixels, and two transfer transistors TRG1 and TRG2 or electric charges are provided on the surface side of the first substrate 41. The same applies to the formation of the floating diffusion regions FD1 and FD2 as the accumulation portion.

한편, 도 2의 제1 구성례와 다른 점으로서, 제1 기판(41)의 표면측인 배선층(311)의 절연층(313)이, 제2 기판(301)의 절연층(312)과 접합되어 있다.On the other hand, as a difference from the first configuration example in FIG. 2, the insulating layer 313 of the wiring layer 311 which is the surface side of the first substrate 41 is joined to the insulating layer 312 of the second substrate 301. It is done.

제1 기판(41)의 배선층(311)에는, 적어도 1층의 금속막(M)을 포함하고, 그 금속막(M)을 이용하여, 포토 다이오드(PD)의 형성 영역의 하방에 위치하는 영역에, 차광 부재(63)가 형성되어 있다.The wiring layer 311 of the first substrate 41 includes at least one layer of a metal film M, and an area positioned below the formation region of the photodiode PD using the metal film M In the light shielding member 63 is formed.

제2 기판(301)이 접합면측인 절연층(312)측과 반대측의 계면에는, 화소 트랜지스터(Tr1, Tr2)가 형성되어 있다. 화소 트랜지스터(Tr1, Tr2)는, 예를 들면, 증폭 트랜지스터(AMP), 선택 트랜지스터(SEL)이다.The pixel transistors Tr1 and Tr2 are formed at the interface of the second substrate 301 opposite to the insulating layer 312 side which is the bonding surface side. The pixel transistors Tr1 and Tr2 are, for example, an amplifying transistor AMP and a selection transistor SEL.

즉, 1장의 반도체 기판(41)(제1 기판(41))만을 이용하여 구성되는 제1 내지 제5 구성례에서는, 전송 트랜지스터(TRG), 전환 트랜지스터(FDG), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)의 모든 화소 트랜지스터가, 반도체 기판(41)에 형성되어 있지만, 2장의 반도체 기판의 적층 구조로 구성되는 제6 구성례의 수광 소자(1)에서는, 전송 트랜지스터(TRG) 이외의 화소 트랜지스터, 즉, 전환 트랜지스터(FDG), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)는, 제2 기판(301)에 형성되어 있다.That is, in the first to fifth configuration examples constructed using only one semiconductor substrate 41 (first substrate 41), the transfer transistor TRG, the switching transistor FDG, the amplifying transistor AMP, and , Although all the pixel transistors of the selection transistor SEL are formed on the semiconductor substrate 41, in the light-receiving element 1 of the sixth configuration example composed of a stacked structure of two semiconductor substrates, other than the transfer transistor TRG The pixel transistors, that is, the switching transistor FDG, the amplifying transistor AMP, and the selection transistor SEL are formed on the second substrate 301.

제2 기판(301)의 제1 기판(41)측과 반대측에는, 적어도 2층의 금속막(M)을 갖는 다층 배선층(321)이 형성되어 있다. 다층 배선층(321)은, 제1 금속막(M11)과, 제2 금속막(M12), 및, 층간 절연막(333)을 포함한다.On the side opposite to the first substrate 41 side of the second substrate 301, a multilayer wiring layer 321 having at least two layers of metal films M is formed. The multilayer wiring layer 321 includes a first metal film M11, a second metal film M12, and an interlayer insulating film 333.

전송 트랜지스터(TRG1)를 제어하는 전송 구동 신호(TRG1g)는, 제2 기판(301)을 관통하는 TSV(Through Silicon Via)(331-1)에 의해, 제2 기판(301)의 제1 금속막(M11)부터, 제1 기판(41)의 전송 트랜지스터(TRG1)의 게이트 전극에 공급된다. 전송 트랜지스터(TRG2)를 제어하는 전송 구동 신호(TRG2g)는, 제2 기판(301)을 관통하는 TSV(331-2)에 의해, 제2 기판(301)의 제1 금속막(M11)부터, 제1 기판(41)의 전송 트랜지스터(TRG2)의 게이트 전극에 공급된다.The transfer driving signal TRG1g for controlling the transfer transistor TRG1 is a first metal film of the second substrate 301 by a TSV (Through Silicon Via) 331-1 passing through the second substrate 301. From (M11), it is supplied to the gate electrode of the transfer transistor TRG1 of the first substrate 41. The transfer driving signal TRG2g for controlling the transfer transistor TRG2 is from the first metal film M11 of the second substrate 301 by the TSV 331-2 passing through the second substrate 301, It is supplied to the gate electrode of the transfer transistor TRG2 of the first substrate 41.

마찬가지로, 부유 확산 영역(FD1)에 축적된 전하는, 제2 기판(301)을 관통하는 TSV(332-1)에 의해, 제1 기판(41)측부터 제2 기판(301)의 제1 금속막(M11)에 전송된다. 부유 확산 영역(FD2)에 축적된 전하도, 제2 기판(301)을 관통하는 TSV(332-2)에 의해, 제1 기판(41)측부터 제2 기판(301)의 제1 금속막(M11)에 전송된다.Similarly, the electric charges accumulated in the floating diffusion region FD1 are first metal films of the second substrate 301 from the first substrate 41 side by the TSV 332-1 passing through the second substrate 301. (M11). The electric charge accumulated in the floating diffusion region FD2 is also caused by the TSV 332-2 penetrating through the second substrate 301, from the first substrate 41 side to the first metal film of the second substrate 301 ( M11).

배선 용량(64)은, 제1 금속막(M11)이나, 또는, 제2 금속막(M12)의 도시하지 않은 영역에 형성되어 있다. 배선 용량(64)이 형성되는 금속막(M)은, 용량 형성을 위해 배선 밀도가 높게 형성되고, 전송 트랜지스터(TRG)나 전환 트랜지스터(FDG) 등의 게이트 전극에 접속되는 금속막(M)은, 유도전류 저감을 위해, 배선 밀도는 낮게 형성된다. 화소 트랜지스터마다, 게이트 전극과 접속된 배선층(금속막(M))이 다르도록 구성하여도 좋다.The wiring capacitance 64 is formed in a region not shown in the first metal film M11 or the second metal film M12. The metal film M on which the wiring capacitor 64 is formed has a high wiring density for forming the capacitor, and the metal film M connected to the gate electrode such as the transfer transistor TRG or the switching transistor FDG is , In order to reduce the induced current, the wiring density is formed low. Each pixel transistor may be configured such that the wiring layer (metal film M) connected to the gate electrode is different.

이상과 같이, 제6 구성례에 관한 화소(10)는, 제1 기판(41)과 제2 기판(301)의 2장의 반도체 기판을 적층하여 구성할 수 있고, 전송 트랜지스터(TRG) 이외의 화소 트랜지스터가, 광전변환부를 갖는 제1 기판(41)과는 다른 제2 기판(301)에 형성된다. 또한, 화소(10)의 구동을 제어하는 수직 구동부(22)나 화소 구동선(28), 검출 신호를 전송하는 수직 신호선(29) 등도 제2 기판(301)에 형성된다. 이에 의해, 화소를 미세화할 수 있고, BEOL(Back End Of Line) 설계의 자유도도 높아진다.As described above, the pixel 10 according to the sixth configuration example can be formed by stacking two semiconductor substrates of the first substrate 41 and the second substrate 301, and pixels other than the transfer transistor TRG. The transistor is formed on a second substrate 301 different from the first substrate 41 having a photoelectric conversion section. In addition, a vertical driver 22 for controlling the driving of the pixel 10, a pixel driving line 28, a vertical signal line 29 for transmitting a detection signal, and the like are also formed on the second substrate 301. Thereby, the pixel can be miniaturized, and the degree of freedom in BEOL (Back End Of Line) design is also increased.

제6 구성례에서도, 이면 조사형의 화소 구조로 함으로써, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있고, 양자 효율(QE)×개구율(FF)을 최대화할 수 있다.Also in the sixth configuration example, by setting the pixel structure of the back side irradiation type, a sufficient aperture ratio can be ensured as compared with the case of the surface irradiation type, and quantum efficiency (QE) x opening ratio (FF) can be maximized.

또한, 제1 기판(41)에 가장 가까운 배선층(311)의 포토 다이오드(PD)의 형성 영역과 겹쳐지는 영역에, 차광 부재(반사부재)(63)를 구비함에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)를 투과하여 버린 적외광을, 차광 부재(63)에서 반사시켜서 반도체 기판(41) 내로 재차 입사시킨다. 이에 의해, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환된 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율(QE), 즉 적외광에 대한 화소(10)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 반도체 기판(41) 내에서 광전변환되지 않고서 반도체 기판(41)을 투과하여 버린 적외광이, 제2 기판(301)측으로 입사하여 버리는 것을 억제할 수 있다.In addition, by providing a light blocking member (reflecting member) 63 in a region overlapping the region where the photodiode PD is formed in the wiring layer 311 closest to the first substrate 41, the semiconductor substrate 41 is provided. The infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted is reflected by the light blocking member 63 and re-enters the semiconductor substrate 41. As a result, the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is increased, so that the quantum efficiency QE, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light can be improved. In addition, it is possible to suppress that infrared light transmitted through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is incident on the second substrate 301 side.

<제6 구성례의 제조 방법><The manufacturing method of the sixth structural example>

다음에, 도 20을 참조하여, 제6 구성례의 제조 방법에 관해 설명한다.Next, with reference to FIG. 20, the manufacturing method of 6th structural example is demonstrated.

처음에, 도 20의 A에 도시되는 바와 같이, 제1 기판(41)의 소정의 영역에 광전변환부인 포토 다이오드(PD)나 부유 확산 영역(FD)이, 화소 단위로 형성된 후, 전송 트랜지스터(TRG)의 게이트 전극(351)이 형성된다.First, as shown in FIG. 20A, after a photodiode PD or a floating diffusion region FD, which is a photoelectric conversion unit, is formed in a pixel unit in a predetermined region of the first substrate 41, the transfer transistor ( The gate electrode 351 of TRG) is formed.

다음에, 도 20의 B에 도시되는 바와 같이, 전송 트랜지스터(TRG)의 게이트 전극(351)과 제1 기판(41) 상면에, 절연막(361)이 형성된 후, 포토 다이오드(PD)의 영역에 대응하여, 차광 부재(63)가 패턴 형성된다.Next, as shown in B of FIG. 20, after the insulating film 361 is formed on the upper surface of the gate electrode 351 and the first substrate 41 of the transfer transistor TRG, in the region of the photodiode PD Correspondingly, the light blocking member 63 is patterned.

다음에, 도 20의 C에 도시되는 바와 같이, 차광 부재(63)와 절연막(361)의 위에, 또한 절연막이 적층되어 절연층(313)이 되고, 제1 기판(41)의 표면측인 배선층(311)이 형성된다. 그리고, 증폭 트랜지스터(AMP), 선택 트랜지스터(SEL)등의 화소 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)가 미리 형성된 제2 기판(301)의 이면측의 절연층(312)이, 제1 기판(41)의 절연층(313)과 접합된다.Next, as shown in FIG. 20C, an insulating layer is further laminated on the light blocking member 63 and the insulating film 361 to form an insulating layer 313, and a wiring layer that is a surface side of the first substrate 41 311 is formed. Then, the insulating layer 312 on the back side of the second substrate 301 on which the pixel transistors Tr1 and Tr2, such as the amplifying transistor AMP and the selection transistor SEL, are formed in advance, is insulated from the first substrate 41. It is bonded to the layer 313.

다음에, 도 20의 D에 도시되는 바와 같이, 제2 기판(301)의 상면에 절연층(362)이 형성된 후, 화소 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)의 게이트 전극의 콘택트를 위한 트렌치(371-1 및 371-2)가 형성된다. 또한, 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2)의 게이트 전극이나, 부유 확산 영역(FD1 및 FD2) 등, 제1 기판(41)과 제2 기판(301)을 전기적으로 접속할 필요가 있는 부분에 대해, 제2 기판(301)을 관통하는 트렌치(372-1, 372-2, 373-1, 및 373-2)가 형성된다.Next, as shown in D of FIG. 20, after the insulating layer 362 is formed on the upper surface of the second substrate 301, trenches 371-1 for contacting the gate electrodes of the pixel transistors Tr1 and Tr2. And 371-2) are formed. In addition, the second electrode is required to electrically connect the first substrate 41 and the second substrate 301, such as the gate electrodes of the transfer transistors TRG1 and TRG2 and the floating diffusion regions FD1 and FD2. Trench 372-1, 372-2, 373-1, and 373-2 are formed through the substrate 301.

다음에, 도 20의 E에 도시되는 바와 같이, 트렌치(371-1 및 371-2)나, 트렌치(372-1, 372-2, 373-1, 및 373-2)에, 텅스텐(W) 등의 금속재료가 매입된다. 이에 의해, TSV(331-1, 331-2, 332-1, 및 332-2)가 형성된다.Next, as shown in E of FIG. 20, tungsten (W) is provided in the trenches 371-1 and 371-2 and the trenches 372-1, 372-2, 373-1, and 373-2. Metal materials such as are purchased. As a result, TSVs 331-1, 331-2, 332-1, and 332-2 are formed.

다음에, 도 20의 F에 도시되는 바와 같이, 절연층(362)의 위에, 제1 금속막(M11)과 제2 금속막(M12)과 절연층이 형성되고, 다층 배선층(321)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 20F, on the insulating layer 362, a first metal film M11, a second metal film M12, and an insulating layer are formed, and a multilayer wiring layer 321 is formed. do.

도 20의 F의 후, 제1 기판(41)의 광입사면인 이면측에, 반사 방지막(43), 온 칩 렌즈(47) 등이 형성됨으로써, 도 19의 수광 소자(1)가 완성된다.After the F in FIG. 20, the antireflection film 43, the on-chip lens 47, and the like are formed on the back side, which is the light incident surface of the first substrate 41, so that the light receiving element 1 in FIG. 19 is completed. .

또한, 도 19에 도시한 제6 구성례는, 도 2에 도시한 제1 구성례를, 2장의 반도체 기판의 적층 구조로 변형한 구성이지만, 상술한 기타의 구성례, 즉, 제2 구성례 내지 제5 구성례를, 2장의 반도체 기판의 적층 구조에 변형한 구성도 물론 가능하다.The sixth configuration example shown in FIG. 19 is a configuration in which the first configuration example shown in FIG. 2 is modified to a stacked structure of two semiconductor substrates, but other configuration examples described above, that is, the second configuration example Of course, a configuration in which the fifth to fifth structural examples are modified in a stacked structure of two semiconductor substrates is also possible.

<13. 4탭의 화소 구성례><13. Example of 4-tap pixel configuration>

제1 구성례 내지 제6 구성례에 관한 화소(10)는, 하나의 포토 다이오드(PD)에 대해, 전송 게이트로서 2개의 전송 트랜지스터(TRG1 및 TRG2)를 가지며, 전하 축적부로서 2개의 부유 확산 영역(FD1 및 FD2)을 가지며, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를, 2개의 부유 확산 영역(FD1 및 FD2)에 배분하는, 이른바 2탭의 화소 구조였다.The pixel 10 according to the first to sixth configuration examples has two transfer transistors TRG1 and TRG2 as a transfer gate for one photodiode PD, and two floating diffusions as charge accumulation units. It was a so-called two-tap pixel structure that has regions FD1 and FD2 and distributes the charge generated in the photodiode PD to the two floating diffusion regions FD1 and FD2.

이에 대해, 화소(10)는, 1개의 포토 다이오드(PD)에 대해, 4개의 전송 트랜지스터(TRG1 내지 TRG4)와, 부유 확산 영역(FD1 내지 FD4)을 가지며, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를, 4개의 부유 확산 영역(FD1 내지 FD4)에 배분하는, 이른바 4탭의 화소 구조로 하는 것도 가능하다.In contrast, the pixel 10 has, for one photodiode PD, four transfer transistors TRG1 to TRG4, and floating diffusion regions FD1 to FD4, and charges generated by the photodiode PD It is also possible to form a so-called four-tap pixel structure that is distributed among the four floating diffusion regions FD1 to FD4.

도 21은, 4탭의 화소 구조로 한 경우의, 화소(10)의 평면도이다.21 is a plan view of the pixel 10 in the case of a four-tap pixel structure.

화소(10)는, 제1 전송 트랜지스터(TRGa), 제2 전송 트랜지스터(RST)리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)를 각각 4개씩 갖는다.The pixel 10 has four first transfer transistor TRGa, second transfer transistor RST reset transistor RST, amplification transistor AMP, and selection transistor SEL, respectively.

포토 다이오드(PD)의 외측으로서, 사각형의 화소(10)의 4변의 각 변에 따라, 제1 전송 트랜지스터(TRGa), 제2 전송 트랜지스터(RST), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)의 세트가 직선적으로 나열하여 배치되어 있다.As the outside of the photodiode PD, the first transfer transistor TRGa, the second transfer transistor RST, the reset transistor RST, and the amplification transistor AMP according to each side of the four sides of the rectangular pixel 10 The sets of selection transistors SEL are arranged in a straight line.

도 21에서는, 사각형의 화소(10)의 4변의 각 변에 따라 배치된, 제1 전송 트랜지스터(TRGa), 제2 전송 트랜지스터(RST), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)의 각 세트에, 1 내지 4의 어느 하나의 숫자를 붙여서 구별되어 있다.In FIG. 21, a first transfer transistor TRGa, a second transfer transistor RST, a reset transistor RST, an amplification transistor AMP disposed along each side of four sides of the rectangular pixel 10, and Each set of the selection transistor SEL is distinguished by adding a number from 1 to 4.

이상과 같이, 화소(10)는, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를, 2탭으로 나누는 구조 외에, 4탭으로 나누는 구조도 가능하고, 2탭으로 한하지 않고, 3탭 이상으로 하는 것이 가능하다.As described above, in addition to the structure of dividing the electric charges generated by the photodiode PD into two taps, the pixel 10 can also be divided into four taps, and it is not limited to two taps, but three taps or more. It is possible.

예를 들면, 화소(10)가 2탭 구조인 경우에는, 제1의 탭과 제2의 탭으로 위상(수광 타이밍)을 180도 비켜 놓음에 의해, 생성 전하를 2개의 부유 확산 영역(FD)에 배분하는 구동이 행하여진다. 이에 대해, 화소(10)가 4탭 구조인 경우에는, 제1 내지 제4의 탭으로 위상(수광 타이밍)을 90도씩, 비켜 놓음에 의해, 생성 전하를 4개의 부유 확산 영역(FD)에 배분하는 구동을 행할 수가 있다. 그리고, 4개의 부유 확산 영역(FD)에 축적된 전하의 배분비에 의거하여, 물체까지의 거리를 구할 수 있다.For example, in the case where the pixel 10 has a two-tap structure, the phase (light-receiving timing) is shifted 180 degrees by the first tap and the second tap, thereby generating the generated charge in two floating diffusion regions FD. The drive to be distributed is performed. On the other hand, when the pixel 10 has a 4-tap structure, the phase (light receiving timing) is shifted by 90 degrees by the first to fourth taps, thereby distributing the generated charges to the four floating diffusion regions FD. Drive can be performed. Then, the distance to the object can be determined based on the distribution ratio of charges accumulated in the four floating diffusion regions FD.

<14. 거리측정 모듈의 구성례><14. Configuration example of distance measurement module>

도 22는, 상술한 수광 소자(1)를 이용하여 거리측정 정보를 출력하는 거리측정 모듈의 구성례를 도시하는 블록도이다.22 is a block diagram showing a configuration example of a distance measurement module that outputs distance measurement information using the light-receiving element 1 described above.

거리측정 모듈(500)은, 발광부(511), 발광 제어부(512), 및, 수광부(513)를 구비한다.The distance measurement module 500 includes a light emitting unit 511, a light emitting control unit 512, and a light receiving unit 513.

발광부(511)는, 소정 파장의 광을 발하는 광원을 가지며, 주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 발하여 물체에 조사한다. 예를 들면, 발광부(511)는, 광원으로서, 파장이 780㎚ 내지 1000㎚의 범위의 적외광을 발한 발광 다이오드를 가지며, 발광 제어부(512)로부터 공급되는 구형파(矩形波)의 발광 제어 신호(CLKp)에 동기하여, 조사광을 발생한다.The light emitting unit 511 has a light source that emits light of a predetermined wavelength, and periodically emits irradiated light whose brightness varies and irradiates an object. For example, the light emitting unit 511, as a light source, has a light emitting diode emitting infrared light in a wavelength range of 780 nm to 1000 nm, and a square wave emission control signal supplied from the light emitting control unit 512 In synchronization with (CLKp), irradiated light is generated.

또한, 발광 제어 신호(CLKp)는, 주기 신호라면, 사각형파로 한정되지 않는다. 예를 들면, 발광 제어 신호(CLKp)는, 사인파라도 좋다.In addition, the emission control signal CLKp is not limited to a square wave as long as it is a periodic signal. For example, the light emission control signal CLKp may be a sine wave.

발광 제어부(512)는, 발광 제어 신호(CLKp)를 발광부(511) 및 수광부(513)에 공급하여, 조사광의 조사 타이밍을 제어한다. 이 발광 제어 신호(CLKp)의 주파수는, 예를 들면, 20메가헤르츠(㎒)이다. 또한, 발광 제어 신호(CLKp)의 주파수는, 20메가헤르츠(㎒)로 한정되지 않고, 5메가헤르츠(㎒) 등이라도 좋다.The light emission control unit 512 supplies the light emission control signal CLKp to the light emission unit 511 and the light receiving unit 513 to control the irradiation timing of the irradiation light. The frequency of the light emission control signal CLKp is, for example, 20 megahertz (MHz). In addition, the frequency of the light emission control signal CLKp is not limited to 20 MHz (MHz), and may be 5 MHz (MHz) or the like.

수광부(513)는, 물체로부터 반사한 반사광을 수광하고, 수광 결과에 응하여 거리 정보를 화소마다 산출하고, 물체(피사체)까지의 거리에 대응하는 뎁스값을 화소치로서 격납한 뎁스 화상을 생성하고, 출력한다.The light receiving unit 513 receives the reflected light reflected from the object, calculates distance information for each pixel in response to the light reception result, and generates a depth image in which a depth value corresponding to the distance to the object (subject) is stored as a pixel value. , Print.

수광부(513)에는, 상술한 제1 내지 제6 구성례의 어느 하나의 화소 구조를 갖는 수광 소자(1)가 사용된다. 예를 들면, 수광부(513)로서의 수광 소자(1)는, 발광 제어 신호(CLKp)에 의거하여, 화소 어레이부(21)의 각 화소(10)의 부유 확산 영역(FD1 또는 FD2)에 배분된 전하에 응한 신호 강도로부터, 거리 정보를 화소마다 산출한다. 또한, 화소(10)의 탭 수는, 상술한 4탭 등이라도 좋다.The light receiving element 1 having any one pixel structure of the above-described first to sixth configuration examples is used for the light receiving unit 513. For example, the light-receiving element 1 as the light-receiving unit 513 is distributed in the floating diffusion region FD1 or FD2 of each pixel 10 of the pixel array unit 21 based on the light emission control signal CLKp. Distance information is calculated for each pixel from the signal strength in response to the electric charge. Further, the number of taps of the pixel 10 may be the above-described four taps.

이상과 같이, 간접 ToF 방식에 의해 피사체까지의 거리 정보를 구하여 출력하는 거리측정 모듈(500)의 수광부(513)로서, 상술한 제1 내지 제6 구성례의 어느 하나의 화소 구조를 갖는 수광 소자(1)를 조립할 수 있다. 이에 의해, 거리측정 모듈(500)로서의 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, as a light receiving unit 513 of the distance measuring module 500 that obtains and outputs distance information to a subject by an indirect ToF method, a light receiving element having any one pixel structure of the first to sixth configuration examples described above (1) can be assembled. Thereby, the distance measurement characteristic as the distance measurement module 500 can be improved.

<15. 전자 기기의 구성례><15. Examples of electronic devices>

또한, 수광 소자(1)는, 상술한 바와 같이 거리측정 모듈에 적용할 수 있는 외에, 예를 들면, 거리측정 기능을 구비하는 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 장치, 거리측정 기능을 구비한 스마트 폰이라는 각종의 전자 기기에 적용할 수 있다.In addition, the light receiving element 1 can be applied to a distance measurement module as described above, and includes, for example, an imaging device such as a digital still camera or digital video camera with a distance measurement function, and a distance measurement function. It can be applied to various kinds of electronic devices called a smart phone.

도 23은, 본 기술을 적용한 전자 기기로서의, 스마트 폰의 구성례를 도시하는 블록도이다.23 is a block diagram showing a configuration example of a smart phone as an electronic device to which the present technology is applied.

스마트 폰(601)은, 도 23에 도시되는 바와 같이, 거리측정 모듈(602), 촬상 장치(603), 디스플레이(604), 스피커(605), 마이크로폰(606), 통신 모듈(607), 센서 유닛(608), 터치 패널(609), 및 제어 유닛(610)이, 버스(611)를 통하여 접속되어 구성된다. 또한, 제어 유닛(610)에서는, CPU가 프로그램을 실행함에 의해, 어플리케이션 처리부(621) 및 오퍼레이션 시스템 처리부(622)로서의 기능을 구비한다.As shown in FIG. 23, the smart phone 601 includes a distance measurement module 602, an imaging device 603, a display 604, a speaker 605, a microphone 606, a communication module 607, a sensor The unit 608, the touch panel 609, and the control unit 610 are connected and configured through the bus 611. In addition, the control unit 610 includes functions as the application processing unit 621 and the operation system processing unit 622 when the CPU executes the program.

거리측정 모듈(602)에는, 도 22의 거리측정 모듈(500)이 적용된다. 예를 들면, 거리측정 모듈(602)은, 스마트 폰(601)의 전면(前面)에 배치되고, 스마트 폰(601)의 유저를 대상으로 한 거리측정을 행함에 의해, 그 유저의 얼굴이나 손, 손가락 등의 표면 형상의 뎁스값을 거리측정 결과로서 출력할 수 있다.The distance measuring module 500 of FIG. 22 is applied to the distance measuring module 602. For example, the distance measurement module 602 is disposed on the front surface of the smart phone 601, and by performing distance measurement for the user of the smart phone 601, the face or hand of the user , A depth value of a surface shape such as a finger can be output as a result of distance measurement.

촬상 장치(603)는, 스마트 폰(601)의 전면에 배치되고, 스마트 폰(601)의 유저를 피사체로 한 촬상을 행함에 의해, 그 유저가 그려진 화상을 취득한다. 또한, 도시하지 않지만, 스마트 폰(601)의 배면에도 촬상 장치(603)가 배치된 구성으로 하여도 좋다.The imaging device 603 is disposed on the front surface of the smart phone 601, and acquires an image drawn by the user by imaging the user of the smart phone 601 as a subject. Further, although not shown, the configuration may be such that the imaging device 603 is disposed on the back of the smart phone 601.

디스플레이(604)는, 어플리케이션 처리부(621) 및 오퍼레이션 시스템 처리부(622)에 의한 처리를 행하기 위한 조작 화면이나, 촬상 장치(603)가 촬상한 화상 등을 표시한다. 스피커(605) 및 마이크로폰(606)은, 예를 들면, 스마트 폰(601)에 의해 통화를 행할 때에, 상대측의 음성의 출력, 및, 유저의 음성의 수음(收音)을 행한다.The display 604 displays an operation screen for performing processing by the application processing unit 621 and the operation system processing unit 622, an image captured by the imaging device 603, and the like. The speaker 605 and the microphone 606, for example, when making a call using the smart phone 601, outputs the voice of the other party and listens to the user's voice.

통신 모듈(607)은, 인터넷, 공중전화 회선망, 이른바 4G 회선이나 5G 회선 등의 무선 이동체용의 광역 통신망, WAN(Wide Area Network), LAN(Local Area Network) 등의 통신망을 통한 네트워크 통신, Bluetooth(등록상표), NFC(Near Field Communication) 등의 근거리 무선 통신 등을 행한다. 센서 유닛(608)은, 속도나 가속도, 근접 등을 센싱하고, 터치 패널(609)은, 디스플레이(604)에 표시되어 있는 조작 화면에 대한 유저에 의한 터치 조작을 취득한다.The communication module 607 is a wide area communication network for wireless mobile devices such as the Internet, a public telephone line network, a so-called 4G line or a 5G line, a network communication through a communication network such as a wide area network (WAN), a local area network (LAN), and Bluetooth. (Registered trademark), near field communication such as NFC (Near Field Communication). The sensor unit 608 senses speed, acceleration, proximity, and the like, and the touch panel 609 acquires a touch operation by the user on the operation screen displayed on the display 604.

어플리케이션 처리부(621)는, 스마트 폰(601)에 의해 다양한 서비스를 제공하기 위한 처리를 행한다. 예를 들면, 어플리케이션 처리부(621)는, 거리측정 모듈(602)로부터 공급된 뎁스값에 의거하여, 유저의 표정을 버추얼로 재현하는 컴퓨터 그래픽스에 의한 얼굴을 작성하고, 디스플레이(604)에 표시하는 처리를 행할 수가 있다. 또한, 어플리케이션 처리부(621)는, 거리측정 모듈(602)로부터 공급되는 뎁스값에 의거하여, 예를 들면, 임의의 입체적인 물체의 3차원 형상 데이터를 작성하는 처리를 행할 수가 있다.The application processing unit 621 performs processing for providing various services by the smart phone 601. For example, the application processing unit 621 creates a face by computer graphics that virtually reproduces the user's facial expression based on the depth value supplied from the distance measurement module 602, and displays it on the display 604 Processing can be performed. In addition, the application processing unit 621 can perform, for example, processing to create three-dimensional shape data of an arbitrary three-dimensional object based on the depth value supplied from the distance measurement module 602.

오퍼레이션 시스템 처리부(622)는, 스마트 폰(601)의 기본적인 기능 및 동작을 실현하기 위한 처리를 행한다. 예를 들면, 오퍼레이션 시스템 처리부(622)는, 거리측정 모듈(602)로부터 공급되는 뎁스값에 의거하여, 유저의 얼굴을 인증하고, 스마트 폰(601)의 로크를 해제하는 처리를 행할 수가 있다. 또한, 오퍼레이션 시스템 처리부(622)는, 거리측정 모듈(602)로부터 공급되는 뎁스값에 의거하여, 예를 들면, 유저의 제스처를 인식하는 처리를 행하고, 그 제스처에 따른 각종의 조작을 입력하는 처리를 행할 수가 있다.The operation system processing unit 622 performs processing for realizing the basic functions and operations of the smart phone 601. For example, the operation system processing unit 622 can perform a process of authenticating the user's face and unlocking the smartphone 601 based on the depth value supplied from the distance measurement module 602. In addition, the operation system processing unit 622 processes, for example, processing for recognizing a user's gesture and inputting various operations according to the gesture, based on a depth value supplied from the distance measurement module 602 You can do

이와 같이 구성되어 있는 스마트 폰(601)에서는, 거리측정 모듈(602)로서, 상술한 거리측정 모듈(500)을 적용함으로써로, 예를 들면, 소정의 물체까지의 거리를 측정하여 표시하거나, 소정의 물체의 3차원 형상 데이터를 작성하여 표시하는 처리 등을 행할 수가 있다.In the smart phone 601 configured as described above, as the distance measuring module 602, by applying the above-described distance measuring module 500, for example, by measuring the distance to a predetermined object and displaying it, or It is possible to perform processing such as creating and displaying 3D shape data of an object.

<16. 이동체에의 응용례><16. Application examples to mobile bodies>

본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재된 장치로서 실현되어도 좋다.The technology (this technology) according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving object such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an auto two-wheeled vehicle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. .

도 24는, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.24 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a moving object control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.

차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크12001)을 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 24에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.The vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected through a communication network 12001. In the example illustrated in FIG. 24, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an in-vehicle information detection unit 1230, an in-vehicle information detection unit 12040, and integrated control Unit 12050 is provided. Further, as a functional configuration of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and a vehicle-mounted network I/F (interface) 12053 are illustrated.

구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.The drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the drive system control unit 12010 includes a driving force generating device for generating driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmitting mechanism for transmitting driving force to a wheel, and a steering mechanism for adjusting the vehicle's steering angle , And functions as a control device such as a braking device that generates a braking force for the vehicle.

바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.The body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a winker, or a porgram. . In this case, the body-based control unit 12020 may receive signals of radio waves or various switches transmitted from a portable device that replaces a key. The body system control unit 12020 receives these radio wave or signal inputs and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.

차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.The in-vehicle information detection unit 1230 detects information outside the vehicle on which the vehicle control system 12000 is mounted. For example, an imaging unit 12031 is connected to the vehicle information detecting unit 1230. The in-vehicle information detection unit 1230 captures an out-of-vehicle image to the imaging unit 12031 and receives the captured image. The off-vehicle information detection unit 1230 may perform object detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or characters on a road surface or distance detection processing based on the received image.

촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.The imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received. The imaging unit 12031 may output an electrical signal as an image or may output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.

차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.The in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information. The in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state. The driver status detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures a driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 is based on the detection information input from the driver status detection unit 12041, so that the driver's fatigue level or concentration The degree may be calculated, or it may be determined whether or not the driver is sitting and dozing.

마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.The microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generating device, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle obtained from the vehicle information detecting unit 12030 or the vehicle information detecting unit 12040, and the drive system A control command may be output to the control unit 12010. For example, the microcomputer 12051 may include an advanced driver including ADAS (Advanced Driver) including collision avoidance or shock mitigation of a vehicle, tracking driving based on a distance between vehicles, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or lane departure warning of a vehicle. Assistance system) can be used to achieve cooperative control.

또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.In addition, the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, the steering mechanism, or the braking device, etc. based on the information around the vehicle acquired by the in-vehicle information detection unit 1230 or the in-vehicle information detection unit 12040, It is possible to perform cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like that is autonomously driving without being based on the driver's operation.

또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득된 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.In addition, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the vehicle information obtained from the vehicle information detecting unit 1230. For example, the microcomputer 12051 controls the head lamp in response to the position of the preceding vehicle or the opposing vehicle detected by the vehicle-side information detection unit 1230 to realize a high beam to be converted into a low beam. ). Cooperative control for the purpose of promoting) can be performed.

음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 24의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.The audio image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of audio and video to an output device capable of visually or audibly notifying the occupant or the outside of the vehicle. In the example of Fig. 24, as an output device, an audio speaker 12061, a display portion 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated. The display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.

도 25는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.25 is a diagram showing an example of an installation position of the imaging unit 12031.

도 25에서는, 차량(12100)은, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.In Fig. 25, the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as imaging units 12031.

촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트유리의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득된 전방의 화상은, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.The imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose of the vehicle 12100, the side mirror, the rear bumper, the back door, and the top of the windshield in the vehicle cabin. The imaging unit 12101 provided in the front nose and the imaging unit 12105 provided on the upper portion of the windshield in the vehicle cabin mainly acquire an image in front of the vehicle 12100. The imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire an image on the side of the vehicle 12100. The imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100. The front image acquired by the imaging units 12101 and 12105 is mainly used for detection of a preceding vehicle or a pedestrian, obstacle, signal, traffic sign or lane.

또한, 도 25에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 맞겹쳐짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.25, an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104 is shown. The imaging range 12111 represents the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose, and the imaging ranges 12112 and 12113 respectively represent the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, and imaging The range 12114 represents the imaging range of the imaging section 12104 provided on the rear bumper or back door. For example, by overlapping the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, it is possible to obtain an overlooking image of the vehicle 12100 viewed from above.

촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera comprising a plurality of imaging elements or an imaging element having pixels for phase difference detection.

예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차의 내차와의 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.For example, the microcomputer 12051, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change in the distance (vehicle By obtaining the relative speed with respect to (12100), a predetermined speed (e.g., 0 kPa/h) in the roughly the same direction as the vehicle 12100, in particular, as the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100. The three-dimensional object traveling above) can be extracted as a preceding vehicle. In addition, the microcomputer 12051 sets a distance between vehicles to be secured in advance between the inner vehicle of the preceding vehicle, and automatic brake control (including tracking stop control) or automatic acceleration control (including tracking oscillation control). And so on. Thus, it is possible to perform cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like that is autonomously driving without being based on the driver's operation.

예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 기타의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인(視認) 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.For example, the microcomputer 12051 converts stereoscopic data related to a stereoscopic object based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104 into other stereoscopic objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a telephone pole. It can be sorted and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 identifies obstacles around the vehicle 12100 as obstacles that the driver of the vehicle 12100 can see and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is a situation where there is a possibility of collision over a set value, through the audio speaker 12061 or the display unit 12062. It is possible to provide driving assistance for collision avoidance by outputting an alarm to the driver or by performing forced deceleration or avoidance steering through the drive system control unit 12010.

촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출한 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize the pedestrian by determining whether or not there is a pedestrian in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is, for example, a procedure of extracting the feature points from the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing a pattern matching process on a series of feature points representing the outline of the object to determine whether it is a pedestrian. It is performed in the order of discrimination. When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104, and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 provides a square outline for emphasizing the recognized pedestrian. The display unit 12062 is controlled so as to be superimposed. In addition, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon representing a pedestrian at a desired position.

이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 차외 정보 검출 유닛(12030)이나 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 수광 소자(1) 또는 거리측정 모듈(500)을, 차외 정보 검출 유닛(12030)이나 촬상부(12031)의 거리 검출 처리 블록에 적용할 수 있다. 차외 정보 검출 유닛(12030)이나 촬상부(12031)에, 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체까지의 거리를 고정밀도로 측정할 수 있고, 얻어진 거리 정보를 이용하여, 드라이버의 피로를 경감하거나, 드라이버나 차량의 안전도를 높이는 것이 가능해진다.In the above, an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described. The technology according to the present disclosure can be applied to the vehicle information detecting unit 12030 or the imaging unit 12031 in the above-described configuration. Specifically, the light receiving element 1 or the distance measurement module 500 can be applied to the distance detection processing block of the vehicle exterior information detection unit 1230 or the imaging unit 12031. By applying the technology according to the present disclosure to the in-vehicle information detection unit 1230 or the imaging unit 12031, the distance to an object such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface can be measured with high precision, By using the obtained distance information, it becomes possible to reduce fatigue of the driver or to increase the safety of the driver and the vehicle.

본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.The embodiment of the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present technology.

또한, 상술한 수광 소자(1)에서는, 신호 캐리어로서 전자를 이용하는 예에 관해 설명하였지만, 광전변환에서 발생한 정공을 신호 캐리어로서 이용하도록 하여도 좋다.Further, in the light receiving element 1 described above, an example of using electrons as a signal carrier has been described, but holes generated in photoelectric conversion may be used as signal carriers.

예를 들면, 상술한 수광 소자(1)에서는, 각 실시의 형태의 전부 또는 일부를 조합시킨 형태를 채용할 수 있다.For example, in the above-mentioned light receiving element 1, the form which combined all or part of each embodiment can be employ|adopted.

또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 다른 효과가 있어도 좋다.In addition, the effect described in this specification is an illustration to the last, and is not limited, There may be other effects.

또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.In addition, the present technology can also take the following configurations.

(1)(One)

온 칩 렌즈와,On-chip lens,

배선층과,Wiring layer,

상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,And a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer,

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

포토 다이오드와,A photodiode,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first charge accumulation unit,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와,A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second charge accumulation unit,

상기 반도체층의 깊이 방향의 적어도 일부에 관해, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부를 구비하고,And at least part of the depth direction of the semiconductor layer, an inter-pixel separation unit for separating the semiconductor layer between adjacent pixels,

상기 배선층은, 차광 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,The wiring layer has at least one layer having a light blocking member,

상기 차광 부재는, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자.The light-blocking member is a light-receiving element provided to overlap the photodiode in plan view.

(2)(2)

상기 화소간 분리부는, 깊이 방향으로 상기 반도체층을 관통하여 구성되는The inter-pixel separation portion is configured to penetrate the semiconductor layer in a depth direction.

상기 (1)에 기재된 수광 소자.The light-receiving element according to (1) above.

(3)(3)

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

제1의 부가 용량과,A first additional capacity,

상기 제1의 부가 용량을 상기 제1의 전하 축적부에 접속하는 제1의 전환 트랜지스터와,A first switching transistor that connects the first additional capacitance to the first charge accumulation unit,

제2의 부가 용량과,A second additional capacity,

상기 제2의 부가 용량을 상기 제2의 전하 축적부에 접속하는 제2의 전환 트랜지스터를 또한 구비하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 수광 소자.The light-receiving element according to (1) or (2) above, further comprising a second switching transistor that connects the second additional capacitance to the second charge accumulation portion.

(4)(4)

상기 제1의 부가 용량 및 상기 제2의 부가 용량은, 상기 배선층의 배선 용량으로 구성되는 상기 (3)에 기재된 수광 소자.The light-receiving element according to (3), wherein the first additional capacity and the second additional capacity are constituted by the wiring capacity of the wiring layer.

(5)(5)

상기 배선층은, 상기 차광 부재가 형성된 층과, 상기 배선 용량이 형성된 층을 포함하고,The wiring layer includes a layer on which the light blocking member is formed and a layer on which the wiring capacity is formed,

상기 배선 용량은, 상기 차광 부재보다도 상기 반도체층부터 먼 층에 형성되도록 구성되는 상기 (4)에 기재된 수광 소자.The light-receiving element according to (4), wherein the wiring capacity is configured to be formed on a layer farther from the semiconductor layer than the light-shielding member.

(6)(6)

상기 차광 부재는, 2층으로 구성되는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 수광 소자.The said light-shielding member is a light-receiving element as described in any one of said (1)-(5) which consists of two layers.

(7)(7)

상기 반도체층의 화소 경계부에, 화소사이 차광막을 또한 구비하는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 수광 소자.The light-receiving element according to any one of (1) to (6) above, further comprising a light-blocking film between pixels at a pixel boundary of the semiconductor layer.

(8)(8)

상기 반도체층의 상기 포토 다이오드의 상방의 영역은, 미세한 요철이 형성된 모스아이 구조인 상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 수광 소자.The light-receiving element according to any one of (1) to (7) above, wherein a region above the photodiode of the semiconductor layer is a moth-eye structure in which fine irregularities are formed.

(9)(9)

상기 반도체층은, 다른 반도체층인 제2 반도체층과 상기 배선층을 통하여 접합되어 구성되고,The semiconductor layer is composed of a second semiconductor layer, which is another semiconductor layer, and bonded through the wiring layer,

상기 제2 반도체층은, 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터를 적어도 갖는 상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 수광 소자.The said 2nd semiconductor layer is a light receiving element in any one of said (1)-(8) which has an amplification transistor and a selection transistor at least.

(10)(10)

온 칩 렌즈와,On-chip lens,

배선층과,Wiring layer,

상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,And a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer,

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

포토 다이오드와,A photodiode,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first charge accumulation unit,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와,A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second charge accumulation unit,

상기 반도체층의 적어도 일부의 깊이로, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부를 구비하고,And an inter-pixel separation unit separating the semiconductor layer between adjacent pixels to a depth of at least a portion of the semiconductor layer.

상기 배선층은, 차광 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,The wiring layer has at least one layer having a light blocking member,

상기 차광 부재는, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자와,The light blocking member includes a light receiving element provided to overlap the photodiode in plan view,

주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 조사하는 광원과,A light source that periodically irradiates light with fluctuating brightness,

상기 조사광의 조사 타이밍을 제어하는 발광 제어부를 구비하는 거리측정 모듈.A distance measurement module comprising a light emission control unit for controlling the irradiation timing of the irradiation light.

(11)(11)

온 칩 렌즈와,On-chip lens,

배선층과,Wiring layer,

상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,And a semiconductor layer disposed between the on-chip lens and the wiring layer,

상기 반도체층은,The semiconductor layer,

포토 다이오드와,A photodiode,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제1의 전하 축적부에 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first charge accumulation unit,

상기 포토 다이오드에서 생성된 전하를 제2의 전하 축적부에 전송하는 제2의 전송 트랜지스터와,A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second charge accumulation unit,

상기 반도체층의 적어도 일부의 깊이로, 인접하는 화소끼리의 상기 반도체층을 분리하는 화소간 분리부를 구비하고,And an inter-pixel separation unit separating the semiconductor layer between adjacent pixels to a depth of at least a portion of the semiconductor layer.

상기 배선층은, 차광 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,The wiring layer has at least one layer having a light blocking member,

상기 차광 부재는, 평면시에서 상기 포토 다이오드와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자와,The light blocking member includes a light receiving element provided to overlap the photodiode in plan view,

주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 조사하는 광원과,A light source that periodically irradiates light with fluctuating brightness,

상기 조사광의 조사 타이밍을 제어하는 발광 제어부를 구비하는 거리측정 모듈을 구비하는 전자 기기.An electronic device comprising a distance measurement module having a light emission control unit for controlling the irradiation timing of the irradiation light.

1 : 수광 소자
10 : 화소
PD : 포토 다이오드
RST: 리셋 트랜지스터
SEL: 선택 트랜지스터
TRG: 전송 트랜지스터
FD: 부유 확산 영역
FDG: 전환 트랜지스터
FDL: 부가 용량
M : 금속막
MEM: 메모리
OFG: 전하 배출 트랜지스터
21 : 화소 어레이부
41 : 반도체 기판(제1 기판)
42 : 다층 배선층
43 : 반사 방지막
44 : 화소 경계부(경계부)
45 : 화소사이 차광막
47 : 온 칩 렌즈
61 : 화소간 분리부
63 : 차광 부재(반사부재)
64 : 배선 용량
211 : 화소간 분리부
221 : 반사 방지막
223 : PD 상부 영역
301 : 반도체 기판(제2 기판)
321 : 다층 배선층
500 : 거리측정 모듈
511 : 발광부
512 : 발광 제어부
513 : 수광부
601 : 스마트 폰
602 : 거리측정 모듈1: light receiving element
10: pixel
PD: photo diode
RST: reset transistor
SEL: Selection transistor
TRG: transfer transistor
FD: floating diffusion area
FDG: Transition transistor
FDL: Additional capacity
M: Metal film
MEM: memory
OFG: charge dissipation transistor
21: pixel array unit
41: semiconductor substrate (first substrate)
42: multilayer wiring layer
43: antireflection film
44: pixel boundary (border)
45: light-shielding film between pixels
47: on-chip lens
61: inter-pixel separation
63: light blocking member (reflective member)
64: wiring capacity
211: inter-pixel separation
221: anti-reflection film
223: PD upper region
301: semiconductor substrate (second substrate)
321: multilayer wiring layer
500: distance measurement module
511: light emitting unit
512: light emission control unit
513: Receiver
601: smart phone
602: distance measurement module

Claims (28)

단면으로 보아 온칩 렌즈와 다중 배선층 사이에 마련된 반도체층에 마련된 제1 트렌치부;
단면으로 보아 상기 반도체층의 상기 제1 트렌치부에 인접하게 마련된 제2 트렌치부;
단면으로 보아 상기 반도체층의 상기 제1 트렌치부와 상기 제2 트렌치부 사이에 마련된 포토다이오드;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제1 부유 확산영역으로 전송하는 제1 전송 트랜지스터;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제2 부유 확산영역으로 전송하는 제2 전송 트랜지스터; 및
상기 포토다이오드에 축적된 전하를 배출하는 전하 배출 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자. A first trench portion provided in the semiconductor layer provided between the on-chip lens and the multi-wiring layer in cross section;
A second trench portion provided adjacent to the first trench portion of the semiconductor layer in cross section;
A photodiode provided between the first trench portion and the second trench portion of the semiconductor layer in cross section;
A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first floating diffusion region;
A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second floating diffusion region; And
And a charge discharging transistor for discharging the charge accumulated in the photodiode. 제1항에 있어서,
상기 제1 및 상기 제2 트렌치부에 마련된 금속 산화막, 및
상기 제1 및 상기 제2 트렌치부 사이의 상기 반도체층의 수광면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.According to claim 1,
A metal oxide film provided on the first and second trench portions, and
And a light receiving surface of the semiconductor layer between the first and second trench portions. 제2항에 있어서,
상기 금속 산화막 위에 마련되고 상기 제1 및 상기 제2 트렌치부 위에 마련된 금속막, 및
상기 금속 산화막 및 상기 금속막 위에 마련된 유기 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.According to claim 2,
A metal film provided on the metal oxide film and provided on the first and second trench portions, and
The light-receiving device, characterized in that it further comprises an organic material provided on the metal oxide film and the metal film. 제3항에 있어서,
상기 유기 재료는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.According to claim 3,
The organic material is a light-receiving element, characterized in that it comprises a resin. 제4항에 있어서,
상기 반도체층은 적외광을 수광하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.According to claim 4,
The semiconductor layer is a light receiving element, characterized in that configured to receive infrared light. 제1항에 있어서,
상기 제1 부유 확산영역에 결합된 증폭 트랜지스터, 및
상기 제1 부유 확산영역에 결합된 리셋 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 증폭 트랜지스터의 게이트 전극은 평면으로 보아 일 방향을 따라 배열되며,
상기 포토다이오드는 평면으로 보아 상기 증폭 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 전하 배출 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.According to claim 1,
An amplifying transistor coupled to the first floating diffusion region, and
Further comprising a reset transistor coupled to the first floating diffusion region,
The gate electrode of the first transfer transistor, the gate electrode of the reset transistor, and the gate electrode of the amplification transistor are arranged along one direction in plan view,
The photodiode is a light-receiving element, characterized in that provided between the gate electrode of the charge discharge transistor and the gate electrode of the amplifying transistor in a plan view. 단면으로 보아 온칩 렌즈와 다중 배선층 사이에 마련된 반도체층에 마련된 포토다이오드;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제1 메모리에 전송하는 제1 전송 트랜지스터;
상기 제1 메모리에 축적된 전하를 제1 부유 확산영역으로 전송하는 제2 전송 트랜지스터;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제2 메모리에 전송하는 제3 전송 트랜지스터; 및
상기 제2 메모리에 축적된 전하를 제2 부유 확산영역으로 전송하는 제4 전송 트랜지스터를 포함하고,
상기 포토다이오드, 상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 제1 메모리는 평면으로 보아 제1 방향을 따라 배열되며,
상기 제1 메모리, 상기 제2 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 제1 부유 확산영역은 평면으로 보아 제2 방향을 따라 배열되고,
상기 제2 방향은 제1 방향과 상이한 것을 특징으로 하는 수광 소자.A photodiode provided on the semiconductor layer provided between the on-chip lens and the multi-wiring layer in cross section;
A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first memory;
A second transfer transistor for transferring the charge accumulated in the first memory to a first floating diffusion region;
A third transfer transistor that transfers the charge generated by the photodiode to a second memory; And
And a fourth transfer transistor that transfers the charge accumulated in the second memory to a second floating diffusion region,
The photodiode, the gate electrode of the first transfer transistor, and the first memory are arranged in a first direction in plan view,
The first memory, the gate electrode of the second transfer transistor, and the first floating diffusion region are arranged in a second direction in plan view,
The second direction is a light receiving device, characterized in that different from the first direction. 제7항에 있어서,
상기 제1 부유 확산영역의 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 리셋 트랜지스터의 게이트 전극은 평면으로 보아 상기 제2 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 7,
Further comprising a reset transistor for resetting the potential of the first floating diffusion region,
The light-receiving element, characterized in that the gate electrode of the reset transistor is arranged along the second direction in plan view. 제8항에 있어서,
상기 제1 부유 확산영역에 결합된 증폭 트랜지스터; 및
상기 증폭 트랜지스터에 결합된 선택 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 증폭 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 선택 트랜지스터의 게이트 전극은 평면으로 보아 상기 제2 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 8,
An amplifying transistor coupled to the first floating diffusion region; And
Further comprising a selection transistor coupled to the amplifying transistor,
A light receiving device, characterized in that the gate electrode of the amplification transistor and the gate electrode of the selection transistor are arranged along the second direction in plan view. 제7항에 있어서,
상기 포토다이오드, 상기 제3 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 제2 메모리는 평면으로 보아 제3 방향을 따라 배열되고,
상기 제3 방향은 상기 제1 방향과 상이한 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 7,
The photodiode, the gate electrode of the third transfer transistor, and the second memory are arranged in a third direction in plan view,
The third direction is a light receiving device, characterized in that different from the first direction. 제7항에 있어서,
상기 제2 메모리, 상기 제4 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 제2 부유 확산영역은 평면으로 보아 제4 방향을 따라 배열되고,
상기 제4 방향은 상기 제2 방향과 상이한 것을 특징으로 하는 수광 소자. The method of claim 7,
The second memory, the gate electrode of the fourth transfer transistor, and the second floating diffusion region are arranged in a fourth direction in plan view,
The fourth direction is a light receiving device, characterized in that different from the second direction. 제7항에 있어서,
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제3 메모리에 전송하는 제5 전송 트랜지스터;
상기 제3 메모리에 축적된 전하를 제3 부유 확산영역으로 전송하는 제6 전송 트랜지스터;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제4 메모리에 전송하는 제7 전송 트랜지스터;
상기 제4 메모리에 축적된 전하를 제4 부유 확산영역으로 전송하는 제8 전송 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 수광 소자.The method of claim 7,
A fifth transfer transistor that transfers the charge generated by the photodiode to a third memory;
A sixth transfer transistor for transferring the charge accumulated in the third memory to a third floating diffusion region;
A seventh transfer transistor that transfers the charge generated by the photodiode to a fourth memory;
And an eighth transfer transistor that transfers the electric charge accumulated in the fourth memory to a fourth floating diffusion region. 제12항에 있어서,
상기 제3 메모리, 상기 제5 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 포토다이오드는 평면으로 보아 상기 제1 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 12,
The light-receiving element, characterized in that the third memory, the gate electrode of the fifth transfer transistor, and the photodiode are arranged in the first direction in plan view. 제13항에 있어서,
상기 제3 메모리, 상기 제6 전송 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 제3 부유 확산영역은 평면으로 보아 제5 방향을 따라 배열되고,
상기 제5 방향은 상기 제1 방향과 상이한 것을 특징으로하는 수광 소자.The method of claim 13,
The third memory, the gate electrode of the sixth transfer transistor, and the third floating diffusion region are arranged in a fifth direction in plan view,
The fifth direction is a light receiving device, characterized in that different from the first direction. 제12항에 있어서,
상기 포토다이오드는 평면으로 보아 상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제5 전송 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자. The method of claim 12,
The photodiode is a light receiving device, characterized in that provided between the gate electrode of the first transfer transistor and the gate electrode of the fifth transfer transistor in a plan view. 제12항에 있어서,
상기 포토다이오드는 평면으로 보아 상기 제3 전송 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제7 전송 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자. The method of claim 12,
The photodiode is a light receiving device, characterized in that provided between the gate electrode of the third transfer transistor and the gate electrode of the seventh transfer transistor in a plan view. 단면으로 보아 온칩 렌즈와 다중 배선층 사이에 마련된 반도체층에 마련된 포토다이오드;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제1 부유 확산영역으로 전송하는 제1 전송 트랜지스터;
상기 포토다이오드에서 생성된 전하를 제2 부유 확산영역으로 전송하는 제2 전송 트랜지스터;
상기 제1 부유 확산영역에 결합된 제1 증폭 트랜지스터;
상기 제2 부유 확산영역에 결합된 제2 증폭 트랜지스터;
상기 제1 부유 확산영역에 결합된 제1 리셋 트랜지스터;
상기 제2 부유 확산영역에 결합된 제2 리셋 트랜지스터;
상기 제1 부유 확산영역에 결합된 제1 스위치 트랜지스터; 및
상기 제2 부유 확산영역에 결합된 제2 스위치 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.A photodiode provided on the semiconductor layer provided between the on-chip lens and the multi-wiring layer in cross section;
A first transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a first floating diffusion region;
A second transfer transistor for transferring the charge generated by the photodiode to a second floating diffusion region;
A first amplifying transistor coupled to the first floating diffusion region;
A second amplifying transistor coupled to the second floating diffusion region;
A first reset transistor coupled to the first floating diffusion region;
A second reset transistor coupled to the second floating diffusion region;
A first switch transistor coupled to the first floating diffusion region; And
And a second switch transistor coupled to the second floating diffusion region. 제17항에 있어서,
상기 제1 스위치 트랜지스터에 결합된 용량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 17,
A light receiving element further comprising a capacitance coupled to the first switch transistor. 제18항에 있어서,
상기 용량은 다중 배선층 내의 배선층에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 18,
The said light-receiving element is provided in the wiring layer in multiple wiring layers. 제19항에 있어서,
상기 다중 배선층은 차광 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 19,
The multiple wiring layer includes a light blocking member. 제20항에 있어서,
상기 차광 부재는 평면으로 보아 상기 용량과 중첩되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 20,
The light-blocking member is a light-receiving element characterized in that it overlaps with the capacity when viewed in a plane. 제21항에 있어서,
상기 차광 부재는 상기 용량보다 반도체층에 더 가까이 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 21,
The light blocking member is provided closer to the semiconductor layer than the capacitance, the light receiving device, characterized in that. 제20항에 있어서,
상기 차광 부재는 상기 배선층 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자. The method of claim 20,
The light blocking member is provided in the wiring layer, it characterized in that the light receiving element. 제17항에 있어서,
상기 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 전극은, 평면으로 보아, 상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 리셋 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 17,
The gate electrode of the first switch transistor, as viewed in a plane, is provided between the gate electrode of the first transfer transistor and the gate electrode of the first reset transistor, characterized in that the light receiving element. 제24항에 있어서,
상기 제1 리셋 트랜지스터의 게이트 전극은, 평면으로 보아, 상기 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 증폭 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 24,
The light-receiving element, characterized in that the gate electrode of the first reset transistor is provided between the gate electrode of the first switch transistor and the gate electrode of the first amplification transistor in plan view. 제25항에 있어서,
상기 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 제1 리셋 트랜지스터의 게이트 전극, 및 상기 제1 증폭 트랜지스터의 게이트 전극은, 평면으로 보아 일 방향을 따라 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.The method of claim 25,
A light receiving device, characterized in that the gate electrode of the first switch transistor, the gate electrode of the first reset transistor, and the gate electrode of the first amplification transistor are arranged along a direction in a plan view. 제17항에 있어서,
상기 포토다이오드에 축적된 전하를 배출하는 전하 배출 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 포토다이오드는 평면으로 보아 상기 제1 증폭 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 전하 배출 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 수광 소자. The method of claim 17,
Further comprising a charge discharge transistor for discharging the charge accumulated in the photodiode,
The photodiode is a light receiving device, characterized in that provided between the gate electrode of the first amplifying transistor and the gate electrode of the charge discharge transistor in a plan view. 애플리케이션 처리 유닛, 발광 유닛, 및 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 기재된 수광 소자를 포함하는 전자 장치로서,
상기 발광 유닛은 물체에 광을 발하도록 구성되고,
상기 수광 소자는 상기 물체에 의해 반사된 광을 수광하고 상기 물체까지의 거리에 따라 데이터를 출력하도록 구성되고,
상기 애플리케이션 처리 유닛은 상기 데이터에 따른 처리를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.An electronic device comprising an application processing unit, a light emitting unit, and the light receiving element according to any one of claims 1 to 27,
The light emitting unit is configured to emit light on an object,
The light receiving element is configured to receive light reflected by the object and output data according to a distance to the object,
And the application processing unit is configured to perform processing according to the data.
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